출처: Ulink Media
코로나19 이후 시대에 적외선 센서는 우리 일상생활에 없어서는 안 될 필수품이 되었습니다. 출퇴근길에 목적지에 도착하기 전까지 우리는 수없이 체온 측정을 거쳐야 합니다. 이처럼 수많은 적외선 센서가 체온 측정에 활용되면서 적외선 센서는 매우 중요한 역할을 수행합니다. 이제 적외선 센서에 대해 자세히 살펴보겠습니다.
적외선 센서 소개
절대 영도(-273°C) 이상의 온도에서는 모든 물체가 주변 공간으로 끊임없이 적외선 에너지를 방출합니다. 적외선 센서는 이러한 물체의 적외선 에너지를 감지하여 전기 신호로 변환합니다. 적외선 센서는 광학계, 검출 소자 및 변환 회로로 구성됩니다.
광학 시스템은 구조에 따라 투과형과 반사형으로 나눌 수 있습니다. 투과형은 적외선을 송신하는 부품과 수신하는 부품, 이렇게 두 개의 구성 요소가 필요합니다. 반면 반사형은 원하는 정보를 수집하기 위해 센서 하나만 있으면 됩니다.
검출 소자는 작동 원리에 따라 열 검출 소자와 광 검출 소자로 나눌 수 있다. 서미스터는 가장 널리 사용되는 서미스터이다. 서미스터는 적외선에 노출되면 온도가 상승하고 저항이 변한다(이 저항 변화량은 서미스터에 따라 양의 온도 계수 서미스터와 음의 온도 계수 서미스터로 구분되므로 크기가 다를 수 있다). 이 변화는 변환 회로를 통해 전기 신호로 출력된다. 광 검출 소자는 일반적으로 감광 소자로 사용되며, 주로 황화납, 셀렌화납, 인듐비소, 안티몬비소, 수은카드뮴텔루라이드 삼원 합금, 게르마늄 및 실리콘 도핑 물질 등으로 만들어진다.
신호 처리 및 변환 회로의 차이에 따라 적외선 센서는 아날로그형과 디지털형으로 나눌 수 있다. 아날로그 압전 적외선 센서의 신호 처리 회로는 전계 효과 트랜지스터(FET)이고, 디지털 압전 적외선 센서의 신호 처리 회로는 디지털 칩이다.
적외선 센서의 다양한 기능은 광학 시스템, 검출 소자 및 변환 회로라는 세 가지 감지 구성 요소의 다양한 순열 및 조합을 통해 구현됩니다. 적외선 센서가 중요한 역할을 한 다른 분야들을 살펴보겠습니다.
적외선 센서의 응용
1. 가스 감지
적외선 가스 센서의 광학적 원리는 다양한 가스 분자의 근적외선 스펙트럼 선택적 흡수 특성을 기반으로 하며, 가스 농도와 흡수 강도 간의 관계(램버트-비어 법칙)를 이용하여 가스 성분의 농도를 식별하고 측정하는 가스 감지 장치입니다.
적외선 센서를 사용하면 위 그림과 같은 적외선 분석 지도를 얻을 수 있습니다. 서로 다른 원자로 구성된 분자는 동일한 주파수의 적외선을 조사받으면 적외선을 흡수하여 적외선 강도가 변화합니다. 이러한 파장 변화를 통해 혼합물에 포함된 기체의 종류를 판별할 수 있습니다.
단일 적외선 흡수 피크의 위치만으로는 기체 분자에 어떤 작용기가 존재하는지만 파악할 수 있습니다. 기체의 종류를 정확하게 판별하려면 기체의 중적외선 영역에 있는 모든 흡수 피크의 위치, 즉 기체의 적외선 흡수 지문을 분석해야 합니다. 적외선 스펙트럼을 이용하면 혼합물 내 각 기체의 함량을 신속하게 분석할 수 있습니다.
적외선 가스 센서는 석유화학, 야금 산업, 광산 작업 환경, 대기 오염 모니터링 및 탄소 중립 관련 감지, 농업 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 현재 중적외선 레이저는 가격이 비싸지만, 앞으로 더 많은 산업 분야에서 적외선 센서를 이용한 가스 감지가 확대됨에 따라 적외선 가스 센서의 성능은 더욱 향상되고 가격은 저렴해질 것으로 예상합니다.
2. 적외선 거리 측정
적외선 거리 측정 센서는 적외선을 측정 매체로 사용하는 감지 장치의 일종으로, 넓은 측정 범위와 짧은 응답 시간을 특징으로 하며, 주로 현대 과학 기술, 국방, 산업 및 농업 분야에서 사용됩니다.
적외선 거리 측정 센서는 적외선 신호 송수신 다이오드 쌍으로 구성됩니다. 센서에서 적외선 빔을 방출하면 물체에 조사된 후 반사되어 센서로 돌아오고, 센서는 신호를 수신합니다. 수신된 신호는 CCD 이미지 처리 장치를 통해 전송 및 수신 시간 차이 데이터를 처리하고, 이를 통해 물체와의 거리를 계산합니다. 이 센서는 천연 표면뿐만 아니라 반사 패널에도 사용할 수 있으며, 높은 주파수 응답 특성을 지니고 있어 열악한 산업 환경에 적합합니다.
3. 적외선 전송
적외선 센서를 이용한 데이터 전송 또한 널리 사용되고 있습니다. TV 리모컨은 적외선 전송 신호를 이용하여 TV를 원격으로 제어하며, 휴대전화도 적외선 전송을 통해 데이터를 전송할 수 있습니다. 이러한 응용 분야는 적외선 기술이 처음 개발된 이후로 존재해 왔습니다.
4. 적외선 열화상
열화상 카메라는 절대 영도보다 높은 온도를 가진 모든 물체에서 방출되는 적외선을 포착할 수 있는 수동 센서입니다. 열화상 카메라는 원래 군사 감시 및 야간 투시 장비로 개발되었지만, 널리 사용되면서 가격이 하락하여 응용 분야가 크게 확대되었습니다. 열화상 카메라는 동물, 농업, 건물, 가스 감지, 산업 및 군사 분야는 물론 인체 감지, 추적 및 식별에도 활용됩니다. 최근에는 적외선 열화상 카메라가 많은 공공장소에서 제품의 온도를 신속하게 측정하는 데 사용되고 있습니다.
5. 적외선 유도
적외선 감지 스위치는 적외선 감지 기술을 기반으로 하는 자동 제어 스위치입니다. 외부에서 방출되는 적외선 열을 감지하여 자동 제어 기능을 구현합니다. 이를 통해 조명, 자동문, 방범 경보 장치 및 기타 전기 장비를 신속하게 작동시킬 수 있습니다.
적외선 센서의 프레넬 렌즈를 통해 인체에서 방출되는 산란된 적외선이 스위치에 감지되어 조명을 켜는 등의 다양한 자동 제어 기능을 구현할 수 있습니다. 최근 스마트 홈의 인기가 높아짐에 따라 적외선 감지 기술은 스마트 쓰레기통, 스마트 변기, 스마트 제스처 스위치, 유도 도어 등 다양한 스마트 제품에도 적용되고 있습니다. 적외선 감지 기술은 단순히 사람을 감지하는 것을 넘어 끊임없이 발전하여 더욱 다양한 기능을 제공하고 있습니다.
결론
최근 사물인터넷(IoT) 산업이 급속도로 발전하면서 시장 전망이 밝아졌습니다. 이러한 흐름 속에서 적외선 센서 시장 또한 지속적으로 성장하고 있습니다. 따라서 중국의 적외선 감지기 시장 규모도 꾸준히 확대되고 있습니다. 데이터에 따르면 2019년 중국의 적외선 감지기 시장 규모는 약 4억 위안이었으며, 2020년에는 약 5억 위안에 이를 것으로 예상됩니다. 코로나19 팬데믹 상황에서의 적외선 체온 측정 및 탄소 중립화를 위한 적외선 가스 감지 수요 증가를 고려하면, 향후 적외선 센서 시장 규모는 더욱 커질 전망입니다.
게시 시간: 2022년 5월 16일