Entenda o que são e como ocorrem as classificações desses sensores que analisam a interação da luz com a matéria
Sensores de espectro capturam e analisam a composição da luz refletida, emitida ou transmitida por objetos, materiais e seres vivos. Diferente dos sensores de imagem convencionais, que registram apenas cores visíveis ao olho humano, os sensores espectrais também conseguem detectar o infravermelho, o ultravioleta e outros comprimentos de onda.
Com as informações detectadas e o uso de outras tecnologias, os sensores de espectro podem ou não formar imagens. A sua capacidade não invasiva e não destrutiva de identificar e quantificar objetos, seres vivos e materiais que vão além da percepção humana tornam a tecnologia útil em vários setores, como na indústria, na agricultura e na medicina.
Como funcionam os sensores de espectro?
Em geral, os sensores espectrais operam com base na decomposição da luz. Quando um feixe de luz atinge um objeto, parte dessa luz é absorvida, outra parte é refletida e, em alguns casos, também pode ser transmitida. O sensor capta essa interação e divide a luz em diferentes faixas de comprimento de onda, analisando sua intensidade em cada uma delas e quanta cor específica a luz contém.
Essa análise gera um espectro ─ uma representação das amplitudes ou intensidades dos componentes ondulatórios de um sistema ─, que é característico para cada material, ser vivo ou objeto e pode ser usado para identificação e detecção de substâncias específicas. O sensor transforma esse espectro em um conjunto de dados que pode ser analisado posteriormente por diferentes algoritmos.
Principais tipos de sensores de espectro
Os sensores de espectro podem ser classificados com base na faixa espectral que analisam e na tecnologia utilizada para captar os dados. Cada tipo apresenta diferenças em termos de precisão, faixa de detecção e aplicação. Alguns tipos de sensores trabalham apenas com faixas espectrais específicas e um funcionamento diferente do geral.
A seguir, detalhamos os principais tipos, seu funcionamento e aplicações com exemplos reais.
Sensores multiespectrais
Sensores multiespectrais capturam um número limitado de bandas espectrais, faixas específicas do espectro eletromagnético que são selecionadas para aquisição de dados. Geralmente, esses sensores capturam entre três e dez bandas, focando em comprimentos de onda específicos. São usados para integrar informações espaciais e espectrais e conseguem identificar um conjunto de imagens de um mesmo objeto ou material, cada imagem representada por um comprimento de onda específico.
Os sensores multiespectrais são amplamente aplicados em monitoramento ambiental, sensoriamento remoto e inspeção de alimentos na agricultura. Um exemplo é um drone equipado com um sensor multiespectral. O equipamento pode sobrevoar uma plantação e identificar quais áreas estão saudáveis e quais apresentam sinais de estresse hídrico ou deficiência nutricional. Em outras áreas, como na indústria de cosméticos, esses sensores podem ser usados para inspeção e separação de alimentos com base na composição química.
Sensores Hiperespectrais
Sensores hiperespectrais capturam informações de uma ampla gama de comprimentos de onda, principalmente na região do visível ao infravermelho, o que permite uma análise extremamente detalhada da composição química e física dos materiais.
Para funcionar, a tecnologia registra centenas de bandas espectrais. Esse registro ocorre através da análise da luz refletida, emitida ou transmitida por objetos e materiais, com a coleta de dados em intervalos muito pequenos de comprimento de onda. Os sensores hiperespectrais também são caracterizados por sua versatilidade, tendo capacidade de operar em diferentes condições atmosféricas.
A tecnologia é muito usada para auxiliar no monitoramento ambiental, na agricultura de precisão e no mapeamento de recursos naturais. Por exemplo, um sensor hiperespectral pode ir além do sensor multiespectral e identificar exatamente qual nutriente está em falta ou se há a presença de uma praga específica. Para realizar essa análise, o sensor captura centenas de bandas espectrais e consegue detectar assinaturas químicas únicas, o que permite um diagnóstico mais preciso e direcionado.
Na indústria farmacêutica ou alimentícia, a tecnologia pode ser utilizada para garantir a qualidade e a composição química de líquidos, como remédios ou bebidas. Uma outra área que também é conhecida pelo uso de sensores hiperespectrais é a mineração, que utiliza esses sensores para identificar a composição mineralógica de jazidas.
Sensores de temperatura infravermelhos
Sensores de temperatura infravermelhos são capazes de detectar e medir a intensidade da radiação infravermelha emitida por todos os objetos, pessoas e materiais. O sensor espectral, então, converte a energia infravermelha em um sinal elétrico que pode ser processado e interpretado por um sistema eletrônico.
Como a temperatura de um objeto, pessoa ou material determina a quantidade e a qualidade da radiação infravermelha que ele emite, o sistema consegue determinar a temperatura do objeto, pessoa ou material.
Os sensores infravermelhos são amplamente utilizados em situações em que é necessário realizar medições de temperatura sem contato físico. Uma das suas aplicações ocorre em sistemas de segurança, como no monitoramento de incêndios ou na detecção de intrusos. Esses sensores também são utilizados no monitoramento de processos industriais e no controle de temperatura de motores.
Sensores de espectroscopia Raman
Os sensores de espectroscopia Raman usam a dispersão da luz para identificar a estrutura molecular de um material. O seu funcionamento se baseia no espalhamento da luz por moléculas, que fornece informações sobre suas vibrações. Com os dados e com o princípio de que cada composto produz um espectro característico, é possível descobrir a composição química e a estrutura molecular de amostras sólidas, líquidas e gasosas.
Ao contrário dos tipos anteriores, os sensores de espectroscopia Raman não formam imagens. Eles são amplamente usados em análises químicas, farmacêuticas e na indústria de plásticos e petroquímica. Eles podem auxiliar, por exemplo, na identificação de substâncias desconhecidas ou na análise de garantia da pureza de medicamentos.
Espectrofotômetros
Os espectrofotômetros medem a quantidade de luz que uma amostra química absorve, transmite ou reflete em uma gama específica de comprimentos de onda. Esses sensores espectrais fornecem dados quantitativos sobre as propriedades ópticas dos materiais, permitindo a identificação e quantificação de amostras.
Os espectrofotômetros não são capazes de formar imagens e possuem alta precisão em medições da quantidade de luz absorvida e transmitida. Cada composto ou substância absorve e transmite certos comprimentos de onda, o que torna possível a identificação dos materiais por meio dessas medições.
Esses sensores de espectro são muito utilizados para análise de materiais em laboratórios, controle de qualidade e pesquisas científicas, como na análise da concentração de células bacterianas ou da quantidade de proteínas na amostra. Sensores espectrofotométricos também são usados na indústria alimentícia para avaliação da composição nutricional de alimentos e bebidas.
Outros tipos de sensores de espectro
Existem ainda mais classificações para os sensores espectrais, que podem entrar dentro de outras categorias. Sensores de espectro no infravermelho próximo (NIR – “near infrared”) podem, por exemplo, estar dentro de sensores multiespectrais, hiperespectrais, de Raman ou de outros tipos. A depender de seu funcionamento e características, eles também podem ser classificados como outros tipos, como sensores infravermelhos de banda única ou monocromáticos, que capturam a luz em uma única faixa de comprimento de onda no infravermelho próximo.
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