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1、第10章第一节红外传感器第1页，共20页，编辑于2022年，星期日吸顶型红外探测器有线广角探测器OWL-1型红外入侵控测器SA-150S红外入侵探测器HA-15INF/30INF红外线探测器远距离无线红外探测器红外线探测器第2页，共20页，编辑于2022年，星期日一、一、红外辐射的基本特点红外辐射的基本特点第一节红外辐射传感器第一节红外辐射传感器第3页，共20页，编辑于2022年，星期日红外线在通过大气层时，有三个波段透过率高，它们是22.6m、35 m和814 m，统称它们为“大气窗口”。这三个波段对红外探测技术特别重要，因此红外探测器一般都工作在这三个波段（大气窗口）之内。第4页，共20页
2、，编辑于2022年，星期日 物体在单位面积和单位时间内发射出来的辐射能；物体在单位面积和单位时间内发射出来的辐射能；1 1希尔霍夫定律希尔霍夫定律 该物体对辐射能的吸收系数；该物体对辐射能的吸收系数；等价于黑体在相同温度下发射的能量，它是常数。等价于黑体在相同温度下发射的能量，它是常数。二、红外辐射的基本定律二、红外辐射的基本定律第5页，共20页，编辑于2022年，星期日2 2斯忒藩斯忒藩 玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律E E 某物体在温度某物体在温度T T时单位面积和单位时间的红外辐射总能量；时单位面积和单位时间的红外辐射总能量；斯忒藩斯忒藩 玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数()()；比辐射率，即物表表辐
3、射本领域黑体辐射本领之比值，比辐射率，即物表表辐射本领域黑体辐射本领之比值，黑体的黑体的=1=1；第6页，共20页，编辑于2022年，星期日3 3维恩位移定律维恩位移定律实验证明，物体峰值辐射波长实验证明，物体峰值辐射波长与物体的自身的绝对温度与物体的自身的绝对温度 T T 成成反比。反比。第7页，共20页，编辑于2022年，星期日第8页，共20页，编辑于2022年，星期日能能将将红红外外辐辐射射量量变变化化转转换换成成电电量量变变换换的的装装置置称称为为红红外外探探测测器器(红红外外传传感感器器)，红红外外探探测测器器是是根根据据热热电电效效应应和和光光子子效效应应制制成成的的。前前者者为为
4、热热敏敏探探测测器器，后者为，后者为光子探测器光子探测器。三、红外探测器三、红外探测器(传感器传感器)第9页，共20页，编辑于2022年，星期日r r 响应率响应率(V/W)(V/W)；输出电压输出电压(V)(V)；P P 红外辐射功率红外辐射功率(W)(W)。1 1红外探测器的基本参数红外探测器的基本参数(1)(1)响应率响应率第10页，共20页，编辑于2022年，星期日(2)(2)响应波长范围响应波长范围对应响应峰值对应响应峰值 ，对应为截止波长对应为截止波长 。第11页，共20页，编辑于2022年，星期日设设入入射射辐辐射射的的功功率率为为P P，测测得得的的输输出出电电压压为为U U0
5、 0，然然后后除除去去辐辐射射源源，测测得得探探测测器器的的噪噪声声电电压压为为U UN N，则则按比例计算，要使按比例计算，要使U U0 0U UN N的辐射功率为的辐射功率为 (3)(3)噪声等效功率噪声等效功率(NEP)(NEP)若投射到探测器上的红外辐射功率所产生的输若投射到探测器上的红外辐射功率所产生的输出电压正好等于探测器本身的噪声电压，这个辐射出电压正好等于探测器本身的噪声电压，这个辐射功率就叫做噪声等效功率功率就叫做噪声等效功率(NEP)(NEP)。噪声等效功率是一。噪声等效功率是一个可测量的量。个可测量的量。第12页，共20页，编辑于2022年，星期日(4)(4)探测率探测率
6、经过分析，发现经过分析，发现NEP与检测元件的面积与检测元件的面积S和放大器带和放大器带宽宽f 乘积的平方根成正比，比例系数的倒数称为探测率乘积的平方根成正比，比例系数的倒数称为探测率D*。(5)(5)响应时间响应时间红外探测器的响应时间就是加入或去掉辐射源的响应红外探测器的响应时间就是加入或去掉辐射源的响应速度响应时间，而且加入或去掉辐射源的响应速度响应时速度响应时间，而且加入或去掉辐射源的响应速度响应时间相等。红外探测器的响应时间是比较短的。间相等。红外探测器的响应时间是比较短的。第13页，共20页，编辑于2022年，星期日红红外外探探测测器器一一般般由由光光学学系系统统、敏敏感感元元件件
7、、前前置置放放大大器器和和信信号号调调制制器器组组成成。光光学学系系统统是是红红外外探探测测器器的的重重要要组组成成部部分分。根根据据光光学学系系统统的的结结构构分分为为反反射射式式光光学学系系统统的的红红外外探探测测器器和和透透射射式式光光学学系系统统的红外探测器的红外探测器两种。两种。2 2红外探测器的一般组成红外探测器的一般组成第14页，共20页，编辑于2022年，星期日1-1-浸没透镜浸没透镜2-2-敏感元件敏感元件3-3-前置放大器前置放大器4-4-聚乙烯薄膜聚乙烯薄膜5-5-次反射镜次反射镜6-6-主反射镜主反射镜第15页，共20页，编辑于2022年，星期日1-1-光管光管2-2-
8、保护窗口保护窗口3-3-光栅光栅4-4-透镜透镜5-5-浸浸没透镜没透镜6 6敏感元件敏感元件7-7-前置放大器前置放大器第16页，共20页，编辑于2022年，星期日 透透射射式式红红外外探探测测器器的的部部件件用用红红外外光光学学材材料料做做成成，不不同同的的红红外外光光波波长长应应选选用用不不同同的的光光学学材材料料。例例如如，在在测测量量700700以以上上的的高高温温时时(波波长长多多为为7507503000nm3000nm范范围围内内近近红红外外光光)，一一般般用用光光学学玻玻璃璃和和石石英英等等材材料料作作透透镜镜材材料料；测测量量100100700 700 范范围围的的温温度度时
9、时(多多为为3 35m5m的的中中红红外外光光)，多多用用氟氟化化镁镁、氧氧化化镁镁等等热热敏敏材材料料；测测量量100 100 以以下下的的温温度度(波波长长为为5 514m14m的的中中远远红红外外光光)，多多采采用用锗锗、硅硅、硫硫化化锌锌等等热热做做材材料料。除除近近红红外外光光外外，获获取取透透射射红红外外光光的的光光学学材材料料一一般般比比较较困困难难，反反射射式光学系统可避免这一困难。式光学系统可避免这一困难。第17页，共20页，编辑于2022年，星期日 四、红外辐射传感器的应用举例1.1.热释电型探测器热释电型探测器第18页，共20页，编辑于2022年，星期日第19页，共20页，编辑于2022年，星期日2.2.红外测温仪红外测温仪第20页，共20页，编辑于2022年，星期日