Jedes Objekt mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt strahlt Energie in Form von Infrarotlicht in den Weltraum ab. Die Sensortechnologie, die Infrarotstrahlung zur Messung relevanter physikalischer Größen nutzt, heißt Infrarotsensorik.
Die Infrarotsensortechnologie hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt. Sie wird in der Luft- und Raumfahrt, Astronomie, Meteorologie, im Militär, in der Industrie und im zivilen Bereich eingesetzt und spielt eine unverzichtbare Rolle. Infrarot ist eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 0,78 bis 1000 m, die im sichtbaren Bereich außerhalb des roten Lichts liegt. Jedes Objekt mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt strahlt Energie in Form von Infrarotlicht in den Weltraum ab. Infrarotsensoren nutzen Infrarotstrahlung zur Messung relevanter physikalischer Größen.
Photonische Infrarotsensoren nutzen den Photoneneffekt der Infrarotstrahlung. Der sogenannte Photoneneffekt beschreibt die Wechselwirkung des Photonenflusses in der Infrarotstrahlung mit den Elektronen im Halbleitermaterial bei Einfall von Infrarotstrahlung auf Halbleitermaterialien. Dadurch verändert sich deren Energiezustand, was zu verschiedenen elektrischen Phänomenen führt. Durch Messung der Änderungen der elektronischen Eigenschaften von Halbleitermaterialien lässt sich die Stärke der entsprechenden Infrarotstrahlung bestimmen. Die wichtigsten Typen von Photonendetektoren sind interne und externe Photodetektoren, Freiträgerdetektoren und QWIP-Quantentopfdetektoren. Interne Photodetektoren werden weiter unterteilt in photoleitende, photovoltaische und photomagnetoelektrische Detektoren. Photonendetektoren zeichnen sich durch hohe Empfindlichkeit, schnelle Reaktionszeit und hohe Reaktionsfrequenz aus. Nachteile sind jedoch das schmale Detektionsband und die geringe Betriebstemperatur. Um die hohe Empfindlichkeit zu gewährleisten, wird häufig flüssiger Stickstoff oder thermoelektrische Kühlung eingesetzt, um den Detektor auf eine niedrigere Betriebstemperatur zu kühlen.
Das auf Infrarotspektrumtechnologie basierende Instrument zur Komponentenanalyse ist umweltfreundlich, schnell, zerstörungsfrei und online und gehört zu den sich rasant entwickelnden hochtechnologischen Analysetechnologien im Bereich der analytischen Chemie. Viele aus asymmetrischen Kieselalgen und Polyatomen bestehende Gasmoleküle haben entsprechende Absorptionsbänder im Infrarotstrahlungsband, und die Wellenlänge und Absorptionsstärke der Absorptionsbänder unterscheiden sich aufgrund der unterschiedlichen Moleküle in den Messobjekten. Anhand der Verteilung der Absorptionsbänder verschiedener Gasmoleküle und der Absorptionsstärke können Zusammensetzung und Gehalt der Gasmoleküle im Messobjekt ermittelt werden. Ein Infrarot-Gasanalysator bestrahlt das Messmedium mit Infrarotlicht und analysiert anhand der Infrarotabsorptionseigenschaften verschiedener molekularer Medien anhand der Eigenschaften des Infrarotabsorptionsspektrums des Gases durch Spektralanalyse die Gaszusammensetzung oder -konzentration.
Das diagnostische Spektrum von Hydroxyl-, Wasser-, Carbonat-, Al-OH-, Mg-OH-, Fe-OH- und anderen Molekülbindungen kann durch Infrarotbestrahlung des Zielobjekts ermittelt werden. Anschließend können Wellenlängenposition, Tiefe und Breite des Spektrums gemessen und analysiert werden, um die Spezies, Komponenten und das Verhältnis der wichtigsten Metallelemente zu ermitteln. Somit ist die Analyse der Zusammensetzung fester Medien möglich.
Beitragszeit: 04.07.2023