時間:2022-08-23 18:30:32來源:21ic電子網(wǎng)
利用紅外線的物理性質(zhì)來進(jìn)行測量的傳感器。紅外線又稱紅外光,它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。任何物質(zhì),只要它本身具有一定的溫度(高于絕對零度),都能輻射紅外線。紅外線傳感器測量時不與被測物體直接接觸,因而不存在摩擦,并且有靈敏度高,反應(yīng)快等優(yōu)點。紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件和轉(zhuǎn)換電路。
光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類。檢測元件按工作原理可分為熱敏檢測元件和光電檢測元件。熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時溫度升高,電阻發(fā)生變化(這種變化可能是變大也可能是變小,因為熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻),通過轉(zhuǎn)換電路變成電信號輸出。
光電檢測元件常用的是光敏元件,通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料制成。紅外線傳感器常用于對疾病進(jìn)行診斷治療(見熱像儀);利用人造衛(wèi)星上的紅外線傳感器對地球云層進(jìn)行監(jiān)視,可實現(xiàn)大范圍的天氣預(yù)報;采用紅外線傳感器可檢測飛機上正在運行的發(fā)動機 的過熱情況等。
具有紅外傳感器的望遠(yuǎn)鏡可用于軍事行動,林地戰(zhàn)探測密林中的敵人,城市戰(zhàn)中探測墻后面的敵人,以上均利用了紅外線傳感器測量人體表面溫度從而得知敵人所在地。
主動紅外傳感器的發(fā)射機發(fā)出一束經(jīng)調(diào)制的紅外光束,被紅外接收機接收,從而形成一條紅外光束組成的警戒線。當(dāng)遇到樹葉、雨、小動物、雪、沙塵、霧遮擋則不應(yīng)報警,人或相當(dāng)體積的物品遮擋將發(fā)生報警。主動紅外探測器技術(shù)主要采用一發(fā)一收,屬于線形防范,現(xiàn)在已經(jīng)從最初的單光束發(fā)展到多光束,而且還可以雙發(fā)雙受,最大限度的降低誤報率,從而增強該產(chǎn)品的穩(wěn)定性,可靠性。
由于紅外線屬于環(huán)境因素不相干性良好(對于環(huán)境中的聲響、雷電、振動、各類人工光源及電磁干擾源,具有良好的不相干性)的探測介質(zhì);同時也是目標(biāo)因素相干性好的產(chǎn)品(只有阻斷紅外射束的目標(biāo),才會觸發(fā)報警),所以主動式紅外傳感器將會得到進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。
首先明確一個概念,什么是紅外線:在光譜中波長自0.76至400微米的一段稱為紅外線,紅外線是不可見光線,所有高于絕對零度(-273.15℃)的物質(zhì)都可以產(chǎn)生紅外線。紅外線感應(yīng)器是通過紅外線反射原理,當(dāng)人體的某一部分在紅外線區(qū)域內(nèi),紅外線發(fā)射管發(fā)出的紅外線由于人體摭擋反射到紅外線接收管,通過集成線路將信號發(fā)送給脈沖電磁閥,電磁閥接受信號后按指定的指令控制閥芯。
紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件和轉(zhuǎn)換電路三大部分。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式。檢測元件按工作原理可分為熱敏檢測元件和光電檢測元件。熱敏檢測元件中最常見的就是熱敏電阻,熱敏電阻受到紅外線輻射時溫度升高,電阻發(fā)生變化,通過轉(zhuǎn)換電路變成電信號輸出。
此傳感器特別是利用遠(yuǎn)紅外線范圍的感度做為人體檢出用,如圖1所示紅外線的波長比可見光長而比電波短。紅外線讓人覺得只由熱的物體放射出來,可是事實上不是如此,凡是存在于自然界的物體,如人類、火、冰等等全部都會射出紅外線,只是其波長因其物體的溫度而有差異而已。例如圖1 中,人體的體溫約為36~37℃,所放射出峰值為9~10μm的遠(yuǎn)紅外線,另外加熱至400~700℃的物體,可放射出峰值為3~5μm 的中間紅外線。熱電型紅外線傳感器系利用熱電效果,其材料則使用強介質(zhì)陶瓷體 (Dielectric Ceramic),鉭酸鋰(LiTaO3)等單結(jié)晶及PVDF 等有機材料,
熱電型紅外線傳感器具有下列幾項特征:
(1) 由于系檢知從物體放射出出來的紅外線,所以不必直接接觸就能夠感知物體表面的溫度,故人體檢知以及移動中物體的溫度當(dāng)然均能以非接觸之方式測得。
(2) 熱電型紅外線傳感器系接受檢知對象物所發(fā)出的紅外線,因此是被動型[請參照圖2(a)],由于不是圖(b)所示的主動型,所以并不需要校對投光器、受光器之光軸等煩瑣的作業(yè)。
熱電型紅外線傳感器系利用熱電效果,其材料則使用強介質(zhì)陶瓷體、鉭酸鋰等單結(jié)晶及PVDF 等有機材料,熱電型紅外線傳感器具有下列幾項特征:
(1) 系檢知從物體放射出出來的紅外線,不必直接接觸就能夠感知物體表面的溫度,所以能以非接觸之方式測得溫度。
(2) 熱電型紅外線傳感器系接受檢知對象物所發(fā)出的紅外線,屬于被動型,不需要校對投光器、受光器之光軸等煩瑣的作業(yè)。
(3) 熱電效果是溫度變化而產(chǎn)生的,只能接受因溫度變化之能量,而熱電型紅外線傳感器將電壓微分而輸出之。
感知組件系使用PZT強介質(zhì)陶瓷體,在感知組件施加高壓電而分極之,組件表面顯現(xiàn)的正負(fù)電荷會和空氣中相反之電荷結(jié)合而呈電氣中和狀。當(dāng)組件的表面溫度變化時,感知組件分極的大小會隨著溫度變化而變化,因此穩(wěn)定時之電荷中和狀態(tài)就崩潰,而感知組件表面電荷與吸著雜散電荷的緩和時間不同,所以會形成電氣上的不平衡,而產(chǎn)生沒有配對的電荷,如圖(b)所示。
紅外線傳感器常用于無接觸溫度測量,氣體成分分析和無損探傷,在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如采用紅外線傳感器遠(yuǎn)距離測量人體表面溫度的熱像圖,利用人造衛(wèi)星上的紅外線傳感器對地球云層進(jìn)行監(jiān)視,采用紅外線傳感器可檢測飛機上正在運行的發(fā)動機的過熱情況等。
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