इन्फ्रारेड तापमान सेंसर: सिद्धांत, विशेषताएं और अनुप्रयोग

इन्फ्रारेड तापमान सेंसर का परिचय
इन्फ्रारेड तापमान सेंसर एक गैर-संपर्क सेंसर है जो किसी वस्तु द्वारा उत्सर्जित इन्फ्रारेड विकिरण ऊर्जा का उपयोग करके उसकी सतह का तापमान मापता है। इसका मूल सिद्धांत स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन नियम पर आधारित है: शून्य से अधिक तापमान वाली सभी वस्तुएँ इन्फ्रारेड किरणें उत्सर्जित करती हैं, और विकिरण की तीव्रता वस्तु की सतह के तापमान की चौथी घात के समानुपाती होती है। सेंसर प्राप्त इन्फ्रारेड विकिरण को एक अंतर्निर्मित थर्मोपाइल या पायरोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर के माध्यम से विद्युत संकेत में परिवर्तित करता है, और फिर एक एल्गोरिदम के माध्यम से तापमान मान की गणना करता है।

तकनीकी सुविधाओं:
गैर-संपर्क माप: मापी जा रही वस्तु को छूने की कोई आवश्यकता नहीं है, जिससे संदूषण या उच्च तापमान और गतिशील लक्ष्यों के साथ हस्तक्षेप से बचा जा सकता है।

तेज़ प्रतिक्रिया गति: मिलीसेकंड में प्रतिक्रिया, गतिशील तापमान निगरानी के लिए उपयुक्त।

विस्तृत रेंज: सामान्य कवरेज -50℃ से 3000℃ तक (विभिन्न मॉडलों में काफी भिन्नता होती है)।

अत्यधिक अनुकूलन क्षमता: इसका उपयोग निर्वात, संक्षारक वातावरण या विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप की स्थितियों में किया जा सकता है।

मुख्य तकनीकी संकेतक
मापन सटीकता: ±1% या ±1.5℃ (उच्च स्तरीय औद्योगिक ग्रेड ±0.3℃ तक पहुंच सकता है)

उत्सर्जन क्षमता समायोजन: 0.1~1.0 तक समायोज्य (विभिन्न सतहों के लिए कैलिब्रेटेड)

ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन: उदाहरण के लिए, 30:1 का मतलब है कि 1 सेमी व्यास वाले क्षेत्र को 30 सेमी की दूरी से मापा जा सकता है।

प्रतिक्रिया तरंगदैर्ध्य: सामान्यतः 8~14μm (सामान्य तापमान वाली वस्तुओं के लिए उपयुक्त), उच्च तापमान का पता लगाने के लिए लघु-तरंग प्रकार का उपयोग किया जाता है।

विशिष्ट अनुप्रयोग मामले
1. औद्योगिक उपकरणों का पूर्वानुमानित रखरखाव
एक ऑटोमोबाइल निर्माता कंपनी ने मोटर बेयरिंग में MLX90614 इन्फ्रारेड ऐरे सेंसर लगाए और बेयरिंग के तापमान में होने वाले बदलावों की लगातार निगरानी करके तथा AI एल्गोरिदम का उपयोग करके खराबी का पूर्वानुमान लगाया। व्यावहारिक आंकड़ों से पता चलता है कि बेयरिंग के अत्यधिक गर्म होने से होने वाली खराबी की 72 घंटे पहले चेतावनी देने से प्रति वर्ष 230,000 अमेरिकी डॉलर तक का नुकसान कम हो सकता है।

2. चिकित्सा तापमान जांच प्रणाली
2020 की कोविड-19 महामारी के दौरान, अस्पतालों के आपातकालीन प्रवेश द्वार पर FLIR T श्रृंखला के थर्मल इमेजर तैनात किए गए थे, जिन्होंने प्रति सेकंड 20 लोगों के असामान्य तापमान की जांच की, जिसमें तापमान माप त्रुटि ≤0.3℃ थी, और असामान्य तापमान वाले व्यक्तियों के पथ को ट्रैक करने के लिए चेहरे की पहचान तकनीक के साथ संयुक्त रूप से काम किया।

3. स्मार्ट घरेलू उपकरण तापमान नियंत्रण
इस उच्च-स्तरीय इंडक्शन कुकर में Melexis MLX90621 इन्फ्रारेड सेंसर लगा है, जो बर्तन के तल पर तापमान के वितरण की वास्तविक समय में निगरानी करता है। जब किसी क्षेत्र में अत्यधिक गर्मी (जैसे कि खाली बर्तन का जलना) का पता चलता है, तो बिजली की खपत स्वचालित रूप से कम हो जाती है। पारंपरिक थर्मोकपल प्रणाली की तुलना में, तापमान नियंत्रण की प्रतिक्रिया गति 5 गुना बढ़ जाती है।

4. कृषि संबंधी सटीक सिंचाई प्रणाली
इज़राइल में एक फार्म फसल की ऊपरी सतह के तापमान की निगरानी करने और पर्यावरणीय मापदंडों के आधार पर वाष्पोत्सर्जन मॉडल बनाने के लिए हीमैन HTPA32x32 इन्फ्रारेड थर्मल इमेजर का उपयोग करता है। यह प्रणाली स्वचालित रूप से ड्रिप सिंचाई की मात्रा को समायोजित करती है, जिससे अंगूर के बाग में 38% पानी की बचत होती है और उत्पादन में 15% की वृद्धि होती है।

5. विद्युत प्रणालियों की ऑनलाइन निगरानी
स्टेट ग्रिड ने उच्च वोल्टेज सबस्टेशनों में ऑप्ट्रिस पीआई श्रृंखला के ऑनलाइन इन्फ्रारेड थर्मामीटर लगाए हैं ताकि बसबार जॉइंट और इंसुलेटर जैसे महत्वपूर्ण भागों के तापमान की 24 घंटे निगरानी की जा सके। 2022 में, एक सबस्टेशन ने 110kV डिस्कनेक्टरों के खराब संपर्क की सफलतापूर्वक चेतावनी देकर क्षेत्रीय बिजली कटौती को टाल दिया।

नवोन्मेषी विकास के रुझान
बहु-स्पेक्ट्रल संलयन तकनीक: जटिल परिस्थितियों में लक्ष्य पहचान क्षमताओं को बेहतर बनाने के लिए अवरक्त तापमान माप को दृश्य प्रकाश छवियों के साथ संयोजित करें।

एआई तापमान क्षेत्र विश्लेषण: चिकित्सा क्षेत्र में सूजन वाले क्षेत्रों के स्वचालित चिह्नांकन जैसे कार्यों के लिए डीप लर्निंग के आधार पर तापमान वितरण विशेषताओं का विश्लेषण करना।

MEMS का लघुकरण: AMS द्वारा लॉन्च किया गया AS6221 सेंसर आकार में केवल 1.5×1.5 मिमी है और त्वचा के तापमान की निगरानी के लिए इसे स्मार्ट घड़ियों में लगाया जा सकता है।

वायरलेस इंटरनेट ऑफ थिंग्स का एकीकरण: LoRaWAN प्रोटोकॉल पर आधारित इन्फ्रारेड तापमान मापन नोड्स किलोमीटर स्तर की दूरस्थ निगरानी को सक्षम बनाते हैं, जो तेल पाइपलाइन की निगरानी के लिए उपयुक्त है।

चयन सुझाव
खाद्य प्रसंस्करण लाइन: IP67 सुरक्षा स्तर और 100 मिलीसेकंड से कम प्रतिक्रिया समय वाले मॉडलों को प्राथमिकता दें।

प्रयोगशाला अनुसंधान: 0.01℃ तापमान रिज़ॉल्यूशन और डेटा आउटपुट इंटरफ़ेस (जैसे USB/I2C) पर ध्यान दें।

अग्नि सुरक्षा अनुप्रयोग: 600℃ से अधिक तापमान सीमा वाले विस्फोट-रोधी सेंसर चुनें, जो धुंआ प्रवेश फिल्टर से सुसज्जित हों।

5जी और एज कंप्यूटिंग प्रौद्योगिकियों के लोकप्रिय होने के साथ, इन्फ्रारेड तापमान सेंसर एकल माप उपकरणों से लेकर बुद्धिमान संवेदन नोड्स तक विकसित हो रहे हैं, जो उद्योग 4.0 और स्मार्ट शहरों जैसे क्षेत्रों में अधिक अनुप्रयोग क्षमता दिखा रहे हैं।