إن زخم تطوير أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء جيد

أي جسم تزيد درجة حرارته عن الصفر المطلق يشع طاقة إلى الفضاء الخارجي على شكل ضوء تحت أحمر. وتُسمى تقنية الاستشعار التي تستخدم الأشعة تحت الحمراء لقياس الكميات الفيزيائية ذات الصلة بتقنية الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء.

تُعدّ تقنية الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء من أسرع التقنيات تطورًا في السنوات الأخيرة، وقد شاع استخدامها في مجالات الطيران والفضاء، وعلم الفلك، والأرصاد الجوية، والمجالات العسكرية والصناعية والمدنية وغيرها، حيث تلعب دورًا بالغ الأهمية. والأشعة تحت الحمراء، في جوهرها، نوع من الموجات الكهرومغناطيسية، ويتراوح طول موجتها تقريبًا بين 0.78 و1000 متر، ونظرًا لوقوعها ضمن نطاق الضوء المرئي خارج نطاق الضوء الأحمر، فقد سُمّيت بالأشعة تحت الحمراء. أي جسم تزيد درجة حرارته عن الصفر المطلق يُشعّ طاقةً إلى الفضاء الخارجي على شكل أشعة تحت حمراء. وتُعرف تقنية الاستشعار التي تستخدم الأشعة تحت الحمراء لقياس الكميات الفيزيائية ذات الصلة بتقنية الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء.

مستشعر الأشعة تحت الحمراء الضوئي هو نوع من المستشعرات التي تعمل باستخدام تأثير الفوتون في الأشعة تحت الحمراء. ويشير هذا التأثير إلى أنه عند سقوط الأشعة تحت الحمراء على بعض المواد شبه الموصلة، يتفاعل تدفق الفوتونات مع الإلكترونات في هذه المواد، مما يُغير مستوى طاقة الإلكترونات، وينتج عنه ظواهر كهربائية متنوعة. ومن خلال قياس التغيرات في الخصائص الإلكترونية للمواد شبه الموصلة، يمكن تحديد شدة الأشعة تحت الحمراء المقابلة. وتشمل الأنواع الرئيسية لكواشف الفوتون: الكاشف الضوئي الداخلي، والكاشف الضوئي الخارجي، وكاشف حاملات الشحنة الحرة، وكاشف البئر الكمومي QWIP، وغيرها. وتنقسم الكواشف الضوئية الداخلية بدورها إلى أنواع فرعية، منها: الكاشف الضوئي الموصل، والكاشف الضوئي المولد للجهد، والكاشف الكهروضوئي المغناطيسي. تتمثل الخصائص الرئيسية لكاشف الفوتون في الحساسية العالية وسرعة الاستجابة العالية وتردد الاستجابة العالي، ولكن العيب هو أن نطاق الكشف ضيق، ويعمل بشكل عام في درجات حرارة منخفضة (للحفاظ على حساسية عالية، غالبًا ما يتم استخدام النيتروجين السائل أو التبريد الكهروحراري لتبريد كاشف الفوتون إلى درجة حرارة تشغيل أقل).

يتميز جهاز تحليل المكونات القائم على تقنية طيف الأشعة تحت الحمراء بكونه صديقًا للبيئة، وسريعًا، وغير مُتلف، ويعمل عبر الإنترنت، ويُعدّ من أسرع التقنيات التحليلية تطورًا في مجال الكيمياء التحليلية. تمتلك العديد من جزيئات الغاز، المكونة من ثنائيات ذرات غير متناظرة ومتعددات ذرات، نطاقات امتصاص مُقابلة في نطاق الأشعة تحت الحمراء، ويختلف طول موجة هذه النطاقات وقوة امتصاصها تبعًا لاختلاف الجزيئات الموجودة في العينة المقاسة. وبناءً على توزيع نطاقات امتصاص جزيئات الغاز المختلفة وقوة امتصاصها، يُمكن تحديد تركيب ومحتوى جزيئات الغاز في العينة المقاسة. يُستخدم محلل الغاز بالأشعة تحت الحمراء لتسليط ضوء الأشعة تحت الحمراء على الوسط المقاس، وبناءً على خصائص امتصاص الأشعة تحت الحمراء للوسط الجزيئي، وباستخدام خصائص طيف امتصاص الأشعة تحت الحمراء للغاز، يتم من خلال التحليل الطيفي تحديد تركيب الغاز أو تركيزه.

يمكن الحصول على الطيف التشخيصي للهيدروكسيل والماء والكربونات وAl-OH وMg-OH وFe-OH وغيرها من الروابط الجزيئية عن طريق تعريض الجسم المستهدف للأشعة تحت الحمراء، ثم قياس موضع الطول الموجي وعمق الطيف وعرضه وتحليله لتحديد أنواعه ومكوناته ونسبة العناصر المعدنية الرئيسية فيه. وبذلك، يُمكن إجراء تحليل التركيب الكيميائي للمواد الصلبة.