紅外傳感器及其應(yīng)用

1、組員：徐陽東 胡維波 劉磊 一：紅外傳感器的定義 二：紅外傳感系統(tǒng)的分類 三：紅外傳感系統(tǒng)的工作原理 四：紅外傳感器的應(yīng)用 五：紅外傳感器的發(fā)展前景 紅外線傳感器是利用紅外線的物理性質(zhì)來進行測量的 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，響應(yīng)快等優(yōu)點 。 如右圖就是一種常見的 紅外傳感器雙元熱釋電紅 外傳感器 紅外傳感系統(tǒng)： 按照功能分為五大類： 1、輻射計，用于輻射和光譜測量 2、搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標

2、 確定其空間位置并對它的運動進行跟蹤 3、熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個目標紅外輻射的分布 圖像 4、紅外測距和通信系統(tǒng) 5、混合系統(tǒng)，是指以上各類系統(tǒng)中的兩個或者 多個的組合 （1）待側(cè)目標。根據(jù)待側(cè)目標的紅外輻射特性可進行紅外系統(tǒng)的 設(shè)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(xué)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

3、，它具有多種結(jié)構(gòu)。 （5）顯示設(shè)備。這是紅外設(shè)備的終端設(shè)備。常用的顯示器有示波 器、顯像管、紅外感光材料、指示儀器和記錄儀等。 （6）紅外探測器。這是紅外系統(tǒng)的核心。它是利用紅外 輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)出來的物理效應(yīng)探測紅外輻 射的傳感器，多數(shù)情況下是利用這種相互作用所呈現(xiàn)出 的電學(xué)應(yīng)。此類探測器可分為光子探測器和熱敏感探測 器兩大類型。 （7）探測器制冷器。由于某些探測器必須要在低溫 下工作， 所以相應(yīng)的系統(tǒng)必須有制冷設(shè)備。經(jīng)過制 冷，設(shè)備可以縮 短響應(yīng)時間，提高探測靈敏度。 （8）信號處理系統(tǒng)。將探測的信號進行放大、濾波，并從這 些信號中提取出信息。然后將此類信息轉(zhuǎn)化成為所需要的格 式，

4、最后輸送到控制設(shè)備或者顯示器中。 紅外傳感器已經(jīng)在現(xiàn)代化的生 產(chǎn)實踐中發(fā)揮著它的巨大作用， 隨著探測設(shè)備和其他部分的技術(shù) 的提高，紅外傳感器能夠擁有更 多的性能和更好的靈敏度。 紅外 探測器應(yīng)用可以用于非接觸式的 溫度測量，氣體成分分析，無損 探傷，熱像檢測，紅外遙感以及 軍事目標的偵察、搜索、跟蹤和 通信等。 下面我們看看紅外傳 感器在生活，工業(yè)，農(nóng)業(yè)，軍事， 機器人等領(lǐng)域的應(yīng)用。 1、紅外傳感器在生活中的應(yīng)用 紅外線遙控鼠標器：在機械式鼠標器底部有一個露出一部分的 塑膠小球,當鼠標器在操作桌面上移動時,小球隨之轉(zhuǎn)動 在鼠標器內(nèi)部裝有三個滾軸與小球接觸, 其中有兩個分別是X軸方向和Y軸方向滾

5、 軸,用來分別測量X軸方向和Y軸方向的 移動量,另一個是空軸,僅起支撐作用。拖 動鼠標器時,由于小球帶動三個滾軸轉(zhuǎn)動, X軸方向和Y軸方向滾軸又各帶動一個轉(zhuǎn) 軸(稱為譯碼輪)轉(zhuǎn)動譯碼輪兩側(cè)分別裝有 紅外發(fā)光二極管和光敏傳感器,組成光電耦 合器。光敏傳感器內(nèi)部沿垂直方向排列有兩個光敏晶體管 A和B。由于譯碼輪有間隙,故當譯碼輪轉(zhuǎn)動時,紅外發(fā)光二極管發(fā) 出的紅外線時而照在光敏傳感器上,時而被阻斷,從而使光 敏傳感器輸出脈沖信號。光敏晶體管A和B被安放的位置 使得其光照和阻斷的時間有差異,從而產(chǎn)生的脈沖A和脈 沖B有一定的相位差,利用這種方法,就能測出鼠標器的拖 動方向。 右圖則為鼠標的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)，

6、里面含有 紅外傳感器。 理 紅外遙控器：在我們的家用電器中，很多都用到紅外遙控 器，比如我們電視遙控器，用紅外遙控器控制控制智能冰 箱，洗衣機，空調(diào)，還有私家汽車車門等等都能看到紅外 遙控器的用武之地。 液晶電視紅外遙控器 各式各樣的紅外遙控器 由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點，因而， 繼彩電、錄像機之后，在錄音機、音響設(shè)備、空凋機以及玩具等其它小型電 器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。工業(yè)設(shè)備 環(huán)形繞線機 中，在高壓、輻射、 有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離 電氣干擾。 通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成。應(yīng)用編/解碼專用集成電

7、路芯片來進行控制操作，如圖1所示。發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、 LED紅外發(fā)送器；接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。 2、紅外傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用 紅外無損探傷儀：紅外無損探傷儀可以用來檢查部件內(nèi)部 缺陷，對部件結(jié)構(gòu)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(cè)的紅外

8、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； 多晶硅紅外無損探測儀 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(shù)，就 可以顯示出金屬板內(nèi)部缺陷 的形狀。 下面我們再來看看一些紅外傳感所做成的工業(yè) 產(chǎn)品圖片，讓我們對它有個更好的了解。 紅 外 成 像 儀 非接 觸式 紅外 測溫 儀 光電紅外傳感器在軍事上的應(yīng)用主要包括： 瞄準吊艙；直升機；無人機；預(yù)警機；偵察車；艦艇用 新型偵察技術(shù)等等。 關(guān)于這方面的內(nèi)容本文不做 什么詳細的原理探

9、討， 只是給大家看一些這方面的 圖片，吸引下大家的眼球。 美國空軍F-16戰(zhàn)斗機，機腹下掛載的狙擊手 增程型紅外瞄準吊艙 諾斯羅普-格魯門公司研制 的萊特寧先進瞄準吊艙系統(tǒng) 諾斯羅普格魯曼公司的RQ-4A“全球鷹” “全球鷹”可同時攜帶光電、 紅外傳感系統(tǒng)和合成孔徑雷達。 光電傳感器工作在0.4到0.8微米波 段，紅外傳感器在3.6到5微米波段。 光電系統(tǒng)包括第三代紅外傳感器 和一個柯(KODAK)數(shù)字式電耦合 器(CCD) 。合成孔徑雷達具有 一個X波段、600MHZ、3.5千瓦峰 值的活動目標指示器 最新 研制 先進 的無 人轟 炸機 隨著時代和科技的發(fā)展，越來越多的智能產(chǎn)品出現(xiàn)在我們的面

10、 前。我們之所以稱它們智能，是因為他們擁有一個比較發(fā)達的 “大腦” 當然，這個大腦就是計算機。除了這個大腦以為，還有一個使它們 具有智能化的重要原因就是在它們的內(nèi)部擁有各式各樣的內(nèi)部信息 傳感器和外部信息傳感器。這樣就使得它們擁有人類一樣的嗅覺， 視覺，觸覺，聽覺等等。 右圖是現(xiàn)在全世界非常著名的 QRIO機器人在打太極拳的圖片 前面提到的機器人應(yīng)該代表著機器人的最高端水平，下面來看看 和我們有些接觸和設(shè)計到的機器人。 超級紅外遙控智能機 避障紅外傳感電子小車 紅外 遙控 避障 小車 紅外遙控避障小車是大學(xué)生比 較喜歡制作的一種電子小車，也是 相對而言比較容易制作的，現(xiàn)在在 大學(xué)生實驗室中很多都能見到這種 小車的身影。是比較能夠鍛煉本科 生的動手實踐能力的。 由此可預(yù)見，未來傳感器在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常 生活中發(fā)揮著越來越重