Jak działa czujnik podczerwieni? W ciągu całego naszego życia używamy bardzo dużej ilości urządzeń. Urządzenia te są czasami prostymi urządzeniami mechanicznymi, a czasami są to na przykład różnego rodzaju urządzenia elektroniczne. Niezależnie od tego, czy mamy do czynienia z urządzeniami prostymi, czy z tymi bardziej skomplikowanymi, to tak naprawdę mało kto z nas zdaje sobie sprawę z tego, w jaki sposób one w ogóle funkcjonują, czy w jaki sposób powstały.
Tak naprawdę z tego też powodu, nie za bardzo większość z nas rozumie, na jakim poziomie technologicznym w ogóle funkcjonuje nasza cywilizacja. Chcąc nieco przybliżyć ten temat, skupimy się dzisiaj na czujnikach podczerwieni. Czujniki te, są to urządzenia, które wykorzystujemy dość często, a w rzeczywistości mało kto zdaję sobie sprawę z tego, jak one działają, jakie wykorzystują zjawiska. Dzięki temu nie wiemy na przykład, co może zakłócić ich pracę.
Co to jest podczerwień?
Żeby w ogóle móc zacząć mówić o czujnikach podczerwieni, musimy sobie powiedzieć przede wszystkim, czym jest mityczna podczerwień. Mówimy mityczna, ponieważ słowo to jest wykorzystywane przez wiele osób. Na przykład dwie osoby rozmawiające o tym, że ktoś sobie zamontował gdzieś czujnik podczerwieni, wykorzystują to słowo dość powszechnie. Brzmi ono mądrze, ale tak naprawdę mało kto wie, o czym tak naprawdę rozmawia. Żeby nie przedłużać, przejdźmy do meritum. Podczerwień jest to nic innego jak zakres emisji fal elektromagnetycznych, który mieści się w określonym przedziale, zarezerwowanym dla zakresów widma podczerwonego. Nie będziemy tutaj wchodzić w szczegóły, jakie dokładnie są to długości fal, ale są to długości fal, które są dłuższe niż dla na czerwonego. Ogólnie rzecz biorąc, są to fale o niskiej energii i żeby być tutaj również dokładnym, musimy sobie powiedzieć, że mówimy tutaj o fali elektromagnetycznej, która jest falą uznawaną za falę świetlną. Jednak w przypadku podczerwieni jest to fala, która dla ludzkiego oka jest niewidoczna, w odróżnieniu na przykład od promieniowania czerwonego, dlatego mówimy o podczerwieni.
Co jest takiego niezwykłego w czujnikach podczerwieni?
Wykorzystywanie promieniowania podczerwonego przez czujniki podczerwieni, jest oczywiście zastosowaniem dość powszechnym pewnego zjawiska, o którym nie wspomnieliśmy. Przede wszystkim czujniki podczerwieni, są stosowane na przykład w tak zwanych czujnikach ruchu, bądź w różnego rodzaju fotokomórkach i tym podobne. Skąd fotokomórka ciemną nocą ma wiedzieć, że na przykład kilka metrów przed nią, stanął człowiek lub jakieś zwierzę. Jest przecież ciemno, tego obiektu nie widać. Tutaj właśnie wchodzimy w tematykę tego, jak działa podczerwień, ponieważ faktycznie dla ludzkiego oka, w całkowicie ciemnym pomieszczeniu na przykład człowiek, będzie niewidoczny, ale gdybyśmy założyli noktowizor, który również wykorzystuje promieniowanie podczerwone lub zamontowali detektor podczerwieni, zwany inaczej fotokomórką, to okaże się, że on doskonale reaguje na obiekty, które znajdują się w pomieszczeniu, a dodatkowo można je zobrazować, a nie tylko wykrywać.
Wynika to przede wszystkim z tego, że każde ciało, które jest cieplejsze niż 0 stopni Kelwinów, emituje promieniowanie podczerwone. Innymi słowy, promieniowanie podczerwone jest promieniowaniem o niskiej energii, które jednocześnie jest promieniowaniem związanym między innymi z termiczną emisją fali elektromagnetycznej, którą nazywamy falą podczerwoną. Im bardziej ciało jest nagrzane, z tym większą intensywnością emituje podczerwień. Kiedy mówiliśmy o zerze stopni Kelvina, mówiliśmy o takiej sytuacji, kiedy nie ma żadnej temperatury. Na przykład próżnia kosmiczna ma średnio od 2 do 4 stopni Kelvina. Temperatury, w których my się poruszamy, oscylują w okolicach 270 – 290 stopni Kelvina, więc emisja jest dość duża, chociaż niewidoczna gołym okiem.
Zobacz koniecznie:
W jaki sposób działa czujnik podczerwieni?
Możemy teraz przejść do sedna, czyli do tego w zasadzie, w jaki sposób działa czujnik podczerwieni. Żeby czujnik podczerwieni mógł działać, to musimy umieścić w nim tak naprawdę detektor podczerwieni, czyli materiał, który będzie w stanie wykrywać i reagować z tym promieniowaniem elektromagnetycznym. Dodatkowo materiał ten musi być materiałem, który pod wpływem tego promieniowania, będzie w stanie wygenerować impulsy elektryczne. To jakiej wielkości będą to impulsy, zależeć będzie między innymi od tego, z jaką intensywnością dociera do detektora promieniowanie podczerwone. Dzięki temu możemy stworzyć na przykład czujniki dość proste, czyli takie jak zwykłe fotokomórki, które po prostu wykrywają podczerwień, ale możemy również stworzyć na przykład kamery wykorzystujące podczerwień lub noktowizory. Te czujniki nie dość, że wykrywają podczerwień, to również za pomocą różnego rodzaju filtrów oraz algorytmów komputerowych, są w stanie wygenerować obraz, który na przykład jest też obrazem ruchomym oraz jest obrazem ostrym. Oczywiście czujników podczerwieni jest więcej, czyli na przykład różnego rodzaju układy emiter – odbiornik, które są stosowane na przykład w tak zwanych bramkach świetnych.
