紅外線傳感器原理及使用方法

1、 紅外線傳感器原理及使用方法 伍春霖 原理：o 我們知道任何物體都會發(fā)出電磁輻射, 這種電磁輻射能被紅外溫度傳感器測 量.當物體溫度變化時,其輻射出的電磁波的波長也會隨之變化,能 將這種波長的變化轉換成溫度的變化,從而實現(xiàn)監(jiān)控,測溫的目的.紅外線傳感器包括光學系統(tǒng),檢測元件和轉換電路.光學系統(tǒng)按結構不同可 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, 通過轉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

2、料 制成. 同樣,紅外傳感器的工作原理不復雜,一個典型的傳感器系統(tǒng)各部分的實體 分別是:1,待測目標.根據(jù)待測目標的紅外輻射特性可進行紅外系統(tǒng)的設定.2,大氣衰減.待測目標的紅外輻射通過地球大氣層時,由于氣體分子和 各種氣體以及各種溶膠粒的散射和吸收,將使得紅外源發(fā)出的紅外輻射發(fā)生衰 減.3,光學接收器.它接收目標的部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器.相當 1 于雷達天線,常用是物鏡.4,輻射調(diào)制器.對來自待測目標的輻射調(diào)制成交變的輻射光,提供目標 方位信息, 并可濾除大面積的干擾信號. 又稱調(diào)制盤和斬波器, 它具有多種結構.5,按照探測的機理的不同,可以分為熱探測器和光子探測器兩 大類. 紅外傳

3、感器的應用o 由于紅外溫度傳感器實現(xiàn)了無接觸測溫,遠距離測量高溫等功能,而且具有 較高的靈敏度,因些在現(xiàn)在各行業(yè)中得到了廣泛的應用.1,夜視技術照相機中利用紅外線傳感器實現(xiàn)夜視功能.紅外夜視,就是在夜視狀態(tài)下,數(shù) 碼攝像機會發(fā)出人們?nèi)庋劭床坏降募t外光線去照亮被拍攝的物體,關掉紅外濾光 鏡,不再阻擋紅外線進入 CCD,紅外線經(jīng)物體反射后進入鏡頭進行成像,這時我們 所看到的是由紅外線反射所成的影像,而不是可見光反射所成的影像,即此時可拍 攝到黑暗環(huán)境下肉眼看不到的影像. 這項技術不論是在軍用上還是民用上都已經(jīng) 有了廣泛的應用.2,紅外探測器紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測器,按照探測的機理的不同,可以分為

4、熱探測器 和光子探測器兩大類.下面以熱探測器為例子來分析探測器的原理. 熱探測器是利用輻射熱效應,使探測元件接收到輻射能后引起溫度升高,進 而使探測器中依賴于溫度的性能發(fā)生變化.檢測其中某一性能的變化,便可探測 出輻射.多數(shù)情況下是通過熱電變化來探測輻射的.當元件接收輻射,引起非電 量的物理變化時,可以通過適當?shù)淖儞Q后測量相應的電量變化.3,紅外無損探傷紅外無損探傷儀可以用來檢查部件內(nèi)部缺陷, 對部件結構無任何損傷. 例如, 檢查兩塊金屬板的焊接質(zhì)量,利用紅外輻射探傷儀能十分方便地檢查漏焊或缺 焊;為了檢測金屬材料的內(nèi)部裂縫,也可利用紅外探傷儀.將紅外輻射對金屬板進行均勻照射,利用金屬對紅外輻

5、射的吸收與縫隙(含 有某種氣體或真空) 對紅外輻射的吸收所存在的差異,可以探測出金屬斷裂空 隙.當紅外輻射掃描器連續(xù)發(fā)射一定波長的紅外光通過金屬板時,在金屬板另一 側的紅外接收器也同時連續(xù)接收到經(jīng)過金屬板衰減的紅外光; 如果金屬板內(nèi)部無 斷裂,輻射掃描器在掃描過程中,紅外接收器收到的是等量的紅外輻射;如果金 屬板內(nèi)部存在斷裂, 紅外接收器在輻射掃描器在掃描到斷裂處時所接收到的紅外 輻射值與其他地方不一致,利用圖像處形技術,就可以顯示出金屬板內(nèi)部缺陷的 形狀.4,紅外氣體分析儀紅外線氣體分析儀,是利用紅外線進行氣體分析它基于待分析組分的濃度不 同,吸收的輻射能不同, 剩下的輻射能使得檢測器里的溫

6、度升高不同,動片薄膜兩 邊所受的壓力不同,從而產(chǎn)生一個電容檢測器的電信號這樣,就可間接測量出待 分析組分的濃度 根據(jù)紅外輻射在氣體中的吸收帶的不同,可以對氣體成分 進行分析.例如,二氧化碳對于波長為 2.7m,4.33m 和 14.5m 紅外光吸 收相當強烈,并且吸收譜相當?shù)膶?即存在吸收帶.根據(jù)實驗分析,只有 4.33 m 吸收帶不受大氣中其他成分影響,因此可以利用這個吸收帶來判別大氣中 CO2 的含量.二氧化碳紅外氣體分析儀由氣體(含 CO2 )的樣品室,參比室(無 CO2 ),斬光 調(diào)制器,反射鏡系統(tǒng),濾光片,紅外檢測器和選頻放大器等組成. 測量時, 使待測氣體連續(xù)流過樣品室,參比室里充

7、滿不含 CO2 的氣體(或 CO2 含量已知 的氣體) .紅外光源發(fā)射的紅外光分成兩束光經(jīng)反射鏡反射到樣品室和參比室, 經(jīng)反射鏡系統(tǒng),這兩束光可以通過中心波長為 4.33m 的紅外光濾色片投射到 紅外敏感元件上.由于斬光調(diào)制器的作用,敏感元件交替地接收通過樣品室和參 比室的輻射. 若樣品室和參比室均無 CO2 氣體,只要兩束輻射完全相等,那么 敏感元件所接收到的是一個通量恒定不變的輻射, 因此, 敏感元件只有直流響應, 交流選頻放大器輸出為零. 若進入樣品室的氣體中含有 CO2 氣體,對 4.33m 的輻射就有吸收,那么兩束輻射的通量不等,則敏感元件所接收到的就是交變輻 射,這時選頻放大器輸出不為零.經(jīng)過標定后,就可以從輸出信號的大小來推測 CO2 的含量紅外線傳感器的使用方法: RX 開關量輸出端口GND 電源地（負極）+5V 電源正5 伏TX 紅外線發(fā)射使能端，該端口必須輸入脈沖（50 200 HZ）信號藍色微調(diào)電位器 紅外線發(fā)射強弱調(diào)整LED 信號檢測指示燈，當前面有阻擋時點亮紅紅色 3 位打碼開關 接收靈敏度調(diào)整，ON=1、OFF=0，通過手動設定接收放大器的放大倍數(shù)（3 位共9 個組合），通常1=ON，2=OFF，3=OFF。當全部在OFF 時由TX 旁邊沒有說明的三個接線配合單片機來控制靈敏度，這三條