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红外线传感器的原理 ?红外线传感器有哪些优缺点?

时间:2022-08-23 18:30:32来源:21ic电子网

导语:​红外线传感器是利用红外线来进行数据处理的一种传感器,有灵敏度高等优点,红外线传感器可以控制驱动装置的运行。红外线传感器常用于无接触温度测量,气体成分分析和无损探伤,在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。

  利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。红外线又称红外光,它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质,只要它本身具有一定的温度(高于绝对零度),都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触,因而不存在摩擦,并且有灵敏度高,反应快等优点。红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。

  光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高,电阻发生变化(这种变化可能是变大也可能是变小,因为热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻),通过转换电路变成电信号输出。

  光电检测元件常用的是光敏元件,通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。红外线传感器常用于对疾病进行诊断治疗(见热像仪);利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视,可实现大范围的天气预报;采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机 的过热情况等。

  具有红外传感器的望远镜可用于军事行动,林地战探测密林中的敌人,城市战中探测墙后面的敌人,以上均利用了红外线传感器测量人体表面温度从而得知敌人所在地。

  主动红外传感器的发射机发出一束经调制的红外光束,被红外接收机接收,从而形成一条红外光束组成的警戒线。当遇到树叶、雨、小动物、雪、沙尘、雾遮挡则不应报警,人或相当体积的物品遮挡将发生报警。主动红外探测器技术主要采用一发一收,属于线形防范,现在已经从最初的单光束发展到多光束,而且还可以双发双受,最大限度的降低误报率,从而增强该产品的稳定性,可靠性。

  由于红外线属于环境因素不相干性良好(对于环境中的声响、雷电、振动、各类人工光源及电磁干扰源,具有良好的不相干性)的探测介质;同时也是目标因素相干性好的产品(只有阻断红外射束的目标,才会触发报警),所以主动式红外传感器将会得到进一步的推广和应用。

  首先明确一个概念,什么是红外线:在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线,红外线是不可见光线,所有高于绝对零度(-273.15℃)的物质都可以产生红外线。红外线感应器是通过红外线反射原理,当人体的某一部分在红外线区域内,红外线发射管发出的红外线由于人体摭挡反射到红外线接收管,通过集成线路将信号发送给脉冲电磁阀,电磁阀接受信号后按指定的指令控制阀芯。

  红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路三大部分。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏检测元件中最常见的就是热敏电阻,热敏电阻受到红外线辐射时温度升高,电阻发生变化,通过转换电路变成电信号输出。

  此传感器特别是利用远红外线范围的感度做为人体检出用,如图1所示红外线的波长比可见光长而比电波短。红外线让人觉得只由热的物体放射出来,可是事实上不是如此,凡是存在于自然界的物体,如人类、火、冰等等全部都会射出红外线,只是其波长因其物体的温度而有差异而已。例如图1 中,人体的体温约为36~37℃,所放射出峰值为9~10μm的远红外线,另外加热至400~700℃的物体,可放射出峰值为3~5μm 的中间红外线。热电型红外线传感器系利用热电效果,其材料则使用强介质陶瓷体 (Dielectric Ceramic),钽酸锂(LiTaO3)等单结晶及PVDF 等有机材料,

  热电型红外线传感器具有下列几项特征:

  (1) 由于系检知从物体放射出出来的红外线,所以不必直接接触就能够感知物体表面的温度,故人体检知以及移动中物体的温度当然均能以非接触之方式测得。

  (2) 热电型红外线传感器系接受检知对象物所发出的红外线,因此是被动型[请参照图2(a)],由于不是图(b)所示的主动型,所以并不需要校对投光器、受光器之光轴等烦琐的作业。

  热电型红外线传感器系利用热电效果,其材料则使用强介质陶瓷体、钽酸锂等单结晶及PVDF 等有机材料,热电型红外线传感器具有下列几项特征:

  (1) 系检知从物体放射出出来的红外线,不必直接接触就能够感知物体表面的温度,所以能以非接触之方式测得温度。

  (2) 热电型红外线传感器系接受检知对象物所发出的红外线,属于被动型,不需要校对投光器、受光器之光轴等烦琐的作业。

  (3) 热电效果是温度变化而产生的,只能接受因温度变化之能量,而热电型红外线传感器将电压微分而输出之。

  感知组件系使用PZT强介质陶瓷体,在感知组件施加高压电而分极之,组件表面显现的正负电荷会和空气中相反之电荷结合而呈电气中和状。当组件的表面温度变化时,感知组件分极的大小会随着温度变化而变化,因此稳定时之电荷中和状态就崩溃,而感知组件表面电荷与吸着杂散电荷的缓和时间不同,所以会形成电气上的不平衡,而产生没有配对的电荷,如图(b)所示。

  红外线传感器常用于无接触温度测量,气体成分分析和无损探伤,在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。例如采用红外线传感器远距离测量人体表面温度的热像图,利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视,采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机的过热情况等。

标签: 传感器​

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