10.2 紅外傳感器,10.2.1 工作原理 紅外輻射 紅外輻射俗稱紅外線，它是一種不可見光， 由于是位于可見光中紅色光以外的光線，故稱紅外線。它的波長范圍大致在0.761000 m。 工程上又把紅外線所占據(jù)的波段分為四部分， 即近紅外、中紅外、 遠紅外和極遠紅外。,電磁波譜圖,紅外輻射,紅外輻射本質(zhì)上是一種熱輻射。任何物體，只要它的溫度高于絕對零度（273），就會向外部空間以紅外線的方式輻射能量，一個物體向外輻射的能量大部分是通過紅外線輻射這種形式來實現(xiàn)的。物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，輻射的能量就越強。另一方面，紅外線被物體吸收后可以轉(zhuǎn)化成熱能。 紅外線作為電磁波的一種形式，紅外輻射和所有的電磁波一樣，是以波的形式在空間直線傳播的，具有電磁波的一般特性，如反射、折射、散射、干涉和吸收等。紅外線在真空中傳播的速度等于波的頻率與波長的乘積 。,10.2.2 紅外探測器 紅外傳感器一般由光學(xué)系統(tǒng)、 探測器、信號調(diào)理電路及顯示單元等組成。 紅外探測器是紅外傳感器的核心。紅外探測器是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)的物理效應(yīng)來探測紅外輻射的。紅外探測器的種類很多，按探測機理的不同，分為熱探測器和光子探測器兩大類。,1. 熱探測器 熱探測器的工作機理是：利用紅外輻射的熱效應(yīng)，探測器的敏感元件吸收輻射能后引起溫度升高，進而使某些有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化，通過測量物理參數(shù)的變化來確定探測器所吸收的紅外輻射。 特點：熱探測器主要優(yōu)點是響應(yīng)波段寬， 響應(yīng)范圍可擴展到整個紅外區(qū)域，可以在常溫下工作，使用方便， 應(yīng)用相當(dāng)廣泛。但與光子探測器相比，熱探測器的探測率比光子探測器的峰值探測率低，響應(yīng)時間長。,熱探測器主要有四類：熱釋電型、熱敏電阻型、熱電阻型和氣體型。其中，熱釋電型探測器在熱探測器中探測率最高， 頻率響應(yīng)最寬，所以這種探測器倍受重視，發(fā)展很快。這里我們主要介紹熱釋電型探測器。,“鐵電體”的極化強度（單位面積上的電荷）與溫度有關(guān)。當(dāng)紅外輻射照射到已經(jīng)極化的鐵電體薄片表面上時引起薄片溫度升高，使其極化強度降低，表面電荷減少，這相當(dāng)于釋放一部分電荷，所以叫做熱釋電型傳感器。 如果將負載電阻與鐵電體薄片相連，則負載電阻上便產(chǎn)生一個電信號輸出。輸出信號的強弱取決于薄片溫度變化的快慢，從而反映出入射的紅外輻射的強弱，熱釋電型紅外傳感器的電壓響應(yīng)率正比于入射光輻射率變化的速率。,熱釋電傳感器工作原理,熱釋電晶片表面必須罩上一塊由一組平行的棱柱型透鏡所組成菲涅爾透鏡，每一透鏡單元都只有一個不大的視場角，當(dāng)人體在透鏡的監(jiān)視視野范圍中運動時，順次地進入第一、第二單元透鏡的視場，晶片上的兩個反向串聯(lián)的熱釋電單元將輸出一串交變脈沖信號。當(dāng)然，如果人體靜止不動地站在熱釋電元件前面，它是“視而不見”的。,2019/6/13,9,菲涅爾透鏡,菲涅爾透鏡,熱釋電晶片,2019/6/13,10,菲涅爾透鏡外形,傳感器不加菲涅爾透鏡時，其檢測距離小于2m，而加上該透鏡后，其檢測距離可增加3倍以上。,2019/6/13,11,熱釋電套件,2019/6/13,12,熱釋電報警器,菲涅爾透鏡,設(shè)定按鈕,高分貝喇叭,2019/6/13,13,熱釋電報警器（續(xù)）,菲涅爾透鏡, 5mm接插件,2019/6/13,14,熱釋電報警器（續(xù)）,吸頂式 熱釋電報警器,熱釋電傳感器應(yīng)用,熱釋電傳感器用于自動亮燈，當(dāng)然也可以用于防盜。,熱釋電傳感器的感應(yīng)范圍,2019/6/13,16,熱釋電感應(yīng)燈,熱釋電傳感器,2019/6/13,17,自動感應(yīng)燈 （參考施特朗公司資料）,熱釋電傳感器在智能空調(diào)中的應(yīng)用,智能空調(diào)能檢測出屋內(nèi)是否有人，微處理器據(jù)此自動調(diào)節(jié)空調(diào)的出風(fēng)量，以達到節(jié)能的目的。,空調(diào)中，熱釋電傳感器的菲涅爾透鏡做成球形狀，從而能感受到屋內(nèi)一定空間角范圍里是否有人，以及人是靜止著還是走動著。,2. 光子探測器 光子探測器的工作機理是：利用入射光輻射的光子流與探測器材料中的電子互相作用，從而改變電子的能量狀態(tài)，引起光子效應(yīng)。 根據(jù)光子效應(yīng)制成的紅外探測器稱為光子探測器。 通過光子探測器測量材料電子性質(zhì)的變化，可以確定紅外輻射的強弱。,10.2.3 紅外傳感器的應(yīng)用,1. 紅外測溫儀,紅外測溫儀是利用熱輻射體在紅外波段的輻射通量來測量溫度的。 當(dāng)物體的溫度低于1000時，它向外輻射的不再是可見光而是紅外光了，可用紅外探測器檢測其溫度。,2. 紅外線氣體分析儀 紅外線氣體分析儀是根據(jù)氣體對紅外線具有選擇性的吸收的特性來對氣體成分進行分析的。不同氣體其吸收波段（吸收帶）不同，從圖中可以看出，CO氣體對波長為4.65 m附近的紅外線具有很強的吸收能力，CO2氣體則發(fā)生在2.78 m和4.26 m附近以及波長大于13 m的范圍對紅外線有較強的吸收能力。如分析CO氣體，則可以利用4.26 m附近的吸收波段進行分析。,幾種氣體對紅外線的透射光譜,2019/6/13,23,3、熱成像,熱成像元件 在中、長波紅外探測領(lǐng)域，現(xiàn)在多采用了碲鎘汞紅外光子探測器。,紅外熱像傳感器的紅外攝像功能,不同的顏色和亮度代表不同的溫度,任何物體只要溫度高于絕對零度，內(nèi)部原子就會作無規(guī)則運動，并不斷地輻射出熱紅外能量。紅外探測器可將物體輻射的紅外功率信號轉(zhuǎn)換成電信號，在計算機成像系統(tǒng)的顯示屏上，將得到與物體表面熱分布相對應(yīng)的熱像圖。,紅外熱像傳感器的紅外攝像功能,斷指,狗,手槍鉆的發(fā)熱部位,2019/6/13,26,熱成像儀的使用,2019/6/13,27,熱成像儀的使用,2019/6/13,28,熱成像儀的使用,導(dǎo)線端子過熱,熔斷器過熱,2019/6/13,29,熱成像儀的使用,強電線路的過熱紅外成像和人眼觀察對比,2019/6/13,30,熱成像儀的使用,2019/6/13,31,熱成像儀的使用,2019/6/13,32,熱成像儀的使用,2019/6/13,33,熱成像儀的使用,2019/6/13,34,熱成像儀的使用,2019/6/13,35,各種熱像,變電站的熱像,從熱像中可以判斷過熱位置,2019/6/13,36,白天的圖像與熱像的對比,熱像,2019/6/13,37,各種輸電設(shè)備的熱像,輸電線接頭過熱,2019/6/13,38,人的熱像,醫(yī)生,2019/6/13,39,熱成像傳感器,熱成像儀能透過煙塵、云霧、小雨及樹叢等許多自然或人為的偽裝來看清目標(biāo)。手持式及安裝于輕武器上的熱成像儀可以讓使用者看清800m或更遠的人體大小的目標(biāo)。,帶夜視儀的自動步槍,2019/6/13,40,配備熱成像傳感器的自動步槍,2019/6/13,41,配備熱成像傳感器的自動步槍（續(xù)）,2019/6/13,42,帶熱成像傳感器的自動步槍（續(xù)）,2019/6/13,43,軍用熱成像傳感器的效果,白亮處有一輛坦克,2019/6/13,44,軍用熱成像傳感器的效果（續(xù)）,白亮處有一輛坦克,2019/6/13,45,用熱像儀判斷機械工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量,2019/6/13,46,用熱像儀判斷 電子產(chǎn)品的工作狀態(tài),線路板上的各點溫度,IC的溫度,2019/6/13,47,醫(yī)療用的熱像儀（參考廣州颯特電力紅外技術(shù)有限公司資料）,用熱像儀判斷皮膚腫瘤的位置及范圍,2019/6/13,48,其他熱像儀,2019/6/13,49,熱像儀的使用及效果,盛有熱水的盆,