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1、10.2 红外传感器10.2.1 工作原理工作原理红外辐射红外辐射 红外辐射俗称红外线，它是一种不可见光，由于是位于可见光中红色光以外的光线，故称红外线。它的波长范围大致在0.761000 m。工程上又把红外线所占据的波段分为四部分，即近红外、中红外、远红外和极远红外。电磁波谱图 红外辐射n红外辐射本质上是一种热辐射。任何物体，只要它的温度高于绝对零度（273），就会向外部空间以红外线的方式辐射能量，一个物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射这种形式来实现的。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，辐射的能量就越强。另一方面，红外线被物体吸收后可以转化成热能。n 红外线作为电磁波的一种形式，红
2、外辐射和所有的电磁波一样，是以波的形式在空间直线传播的，具有电磁波的一般特性，如反射、折射、散射、干涉和吸收等。红外线在真空中传播的速度等于波的频率与波长的乘积。10.2.2 红外探测器红外探测器 红外传感器一般由光学系统、探测器、信号调理电路及显示单元等组成。红外探测器是红外传感器的核心。红外探测器是利用红外辐射与物质相互作用所呈现的物理效应来探测红外辐射的。红外探测器的种类很多，按探测机理的不同，分为热探测器和光子探测器两大类。1.热探测器热探测器 热探测器的工作机理是：利用红外辐射的热效应，探测器的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使某些有关物理参数发生相应变化，通过测量物理参数的变
3、化来确定探测器所吸收的红外辐射。特点：热探测器主要优点是响响应应波波段段宽宽，响应范围可扩展到整个红外区域，可可以以在在常常温温下下工工作作，使使用用方方便便，应用相当广泛。但与光子探测器相比，热探测器的探测率比光子探测器的峰值探测率低，响应时间长峰值探测率低，响应时间长。热探测器主要有四类：热释电型、热敏电阻型、热电阻型和气体型。其中，热释电型探测器在热探测器中探测率最高，频率响应最宽，所以这种探测器倍受重视，发展很快。这里我们主要介绍热释电型探测器。n“铁电体”的极化强度（单位面积上的电荷）与温度有关。当红外辐射照射到已经极化的铁电体薄片表面上时引起薄片温度升高，使其极化强度降低，表面电荷
4、减少，这相当于释放一部分电荷，所以叫做热释电型传感器。n如果将负载电阻与铁电体薄片相连，则负载电阻上便产生一个电信号输出。输出信号的强弱取决于薄片温度变化的快慢，从而反映出入射的红外辐射的强弱，热释电型红外传感器的电压响应率正比于入射光辐射率变化的速率。热释电传感器工作原理热释电传感器工作原理 热释电晶片表面必须罩上一块由一组热释电晶片表面必须罩上一块由一组平行的棱柱型透镜所组成菲涅尔透镜，每一平行的棱柱型透镜所组成菲涅尔透镜，每一透镜单元都只有一个不大的视场角，当人体透镜单元都只有一个不大的视场角，当人体在透镜的监视视野范围中运动时，顺次地进在透镜的监视视野范围中运动时，顺次地进入第一、第二
5、单元透镜的视场，晶片上的两入第一、第二单元透镜的视场，晶片上的两个反向串联的热释电单元将输出一串交变脉个反向串联的热释电单元将输出一串交变脉冲信号。当然，如果人体静止不动地站在热冲信号。当然，如果人体静止不动地站在热释电元件前面，它是释电元件前面，它是“视而不见视而不见”的。的。1/20/20239菲涅尔透镜菲涅尔透镜菲涅尔透镜菲涅尔透镜热释电晶片热释电晶片1/20/202310菲涅尔透镜外形菲涅尔透镜外形 传感器不加菲涅尔传感器不加菲涅尔透镜时，其检测距离透镜时，其检测距离小于小于2m，而加上该透，而加上该透镜后，其检测距离可镜后，其检测距离可增加增加3倍以上。倍以上。1/20/202311
6、热释电套件热释电套件1/20/202312热释电报警器热释电报警器菲涅尔透镜菲涅尔透镜设定按钮设定按钮高分贝喇叭高分贝喇叭1/20/202313热释电报警器（续）热释电报警器（续）菲涅尔透镜菲涅尔透镜 5mm接接插件插件1/20/202314热释电报警器（续）热释电报警器（续）吸顶式吸顶式 热释电报警器热释电报警器热释电传感器应用热释电传感器应用 热释电传感器用热释电传感器用于自动亮灯，当然也于自动亮灯，当然也可以用于防盗。可以用于防盗。热释电传感器的感热释电传感器的感应范围应范围1/20/202316热释电感应灯热释电感应灯热释电传热释电传感器感器1/20/202317自动感应灯自动感应灯（
7、参考施特朗公司资料）（参考施特朗公司资料）热释电传感器在智能空调中的应用热释电传感器在智能空调中的应用 智能空调能检测智能空调能检测出屋内是否有人，微出屋内是否有人，微处理器据此自动调节处理器据此自动调节空调的出风量，以达空调的出风量，以达到节能的目的。到节能的目的。空调中，热释电传感器的菲涅尔空调中，热释电传感器的菲涅尔透镜做成球形状，从而能感受到屋内透镜做成球形状，从而能感受到屋内一定空间角范围里是否有人，以及人一定空间角范围里是否有人，以及人是静止着还是走动着。是静止着还是走动着。上上下下范范围围左右范围左右范围 2.光子探测器光子探测器 光子探测器的工作机理是：利用入射光辐射的光子流与
8、探测器材料中的电子互相作用，从而改变电子的能量状态，引起光子效应。根据光子效应制成的红外探测器称为光子探测器。通过光子探测器测量材料电子性质的变化，可以确定红外辐射的强弱。10.2.3 红外传感器的应用1.红外测温仪红外测温仪红外测温仪是利用热辐射体在红外波段的辐射通量来测量温度的。当物体的温度低于1000时，它向外辐射的不再是可见光而是红外光了，可用红外探测器检测其温度。2.红外线气体分析仪红外线气体分析仪 红外线气体分析仪是根据气体对红外线具有选择性的吸收的特性来对气体成分进行分析的。不同气体其吸收波段（吸收带）不同，从图中可以看出，CO气体对波长为4.65 m附近的红外线具有很强的吸收能
9、力，CO2气体则发生在2.78 m和4.26 m附近以及波长大于13 m的范围对红外线有较强的吸收能力。如分析CO气体，则可以利用4.26 m附近的吸收波段进行分析。几种气体对红外线的透射光谱 1/20/2023233 3、热成像、热成像 热成像元件热成像元件 在中、长波红外探测领域，在中、长波红外探测领域，现在多采用了碲镉汞红外现在多采用了碲镉汞红外光子探测器。光子探测器。红外热像传感器的红外摄像功能红外热像传感器的红外摄像功能 不同的颜色和亮度不同的颜色和亮度代表不同的温度代表不同的温度 任何物体只要温度高于绝对零度，内部原子就会作无规则运动，并不断地辐射出热红外能量。红外探测器可将物体辐
10、射的红外功率信号转换成电信号，在计算机成像系统的显示屏上，将得到与物体表面热分布相对应的热像图。红外热像传感器的红外摄像功能红外热像传感器的红外摄像功能 断指断指狗狗手枪钻的发热手枪钻的发热部位部位1/20/202326热成像仪的使用热成像仪的使用 1/20/202327热成像仪的使用热成像仪的使用 1/20/202328热成像仪的使用热成像仪的使用 导线端子过热导线端子过热熔断器过热熔断器过热1/20/202329热成像仪的使用热成像仪的使用 强电线路的过热红外成像和人眼观察对比强电线路的过热红外成像和人眼观察对比1/20/202330热成像仪的使用热成像仪的使用 1/20/202331热成
11、像仪的使用热成像仪的使用 1/20/202332热成像仪的使用热成像仪的使用 1/20/202333热成像仪的使用热成像仪的使用 1/20/202334热成像仪的使用热成像仪的使用 1/20/202335各种热像各种热像变电站的热像变电站的热像从热像中可以判断过从热像中可以判断过热位置热位置1/20/202336白天的图像与热像的对比白天的图像与热像的对比 热像热像1/20/202337各种输电设备的热像各种输电设备的热像输电线接头过热输电线接头过热1/20/202338人的热像人的热像 医生1/20/202339热成像传感器热成像传感器 热成像仪能透热成像仪能透过烟尘、云雾、小雨过烟尘、云雾
12、、小雨及树丛等许多自然或及树丛等许多自然或人为的伪装来看清目人为的伪装来看清目标。手持式及安装于标。手持式及安装于轻武器上的热成像仪轻武器上的热成像仪可以让使用者看清可以让使用者看清800m800m或更远的人体大或更远的人体大小的目标。小的目标。带夜视仪的自动步枪 1/20/202340配备热成像传感器的自动步枪配备热成像传感器的自动步枪1/20/202341配备热成像传感器的自动步枪配备热成像传感器的自动步枪（续）（续）1/20/202342带热成像传感器的自动步枪（续）带热成像传感器的自动步枪（续）1/20/202343军用热成像传感器的效果军用热成像传感器的效果白亮处有一辆坦克1/20/202344军用热成像传感器的效果（续）军用热成像传感器的效果（续）白亮处有一辆坦克1/20/202345用热像仪判断机械工业产品的质量用热像仪判断机械工业产品的质量1/20/202346用热像仪判断用热像仪判断 电子产品的工作状态电子产品的工作状态线路板上的各点温度IC的温度1/20/202347医疗用的热像仪医疗用的热像仪（参考广州飒特电力红外技术有限公司资料）（参考广州飒特电力红外技术有限公司资料）用热像仪判断皮肤肿瘤用热像仪判断皮肤肿瘤的位置及范围的位置及范围1/20/202348其他热像仪其他热像仪1/20/202349热像仪的使用及效果热像仪的使用及效果盛有热水的盆