紅外線傳感器

1、標(biāo)題：紅外傳感器姓名：李洪文學(xué)院：電子信息工程專業(yè)：光電摘要：紅外技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)為大家所熟知，這種技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代科技國(guó)防和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。紅外線傳感器是利用物體產(chǎn)生紅外輻射的特性， 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)的傳感器。本文所介紹的紅外探測(cè)器和無(wú)損探傷，是一種非常有應(yīng)用潛力的 傳感器。它能檢測(cè)人或某些動(dòng)物發(fā)射的紅外線并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。本文先介紹紅外探測(cè) 器的原理，然后再描述其發(fā)展和應(yīng)用前景。關(guān)鍵字： 紅外輻射，紅外探測(cè)器，無(wú)損探傷。AbStraCt :?The? In frared?TeCh no logy?develops?the?PreSe nt,?already?k new?Ver

2、y ?well?for?everybody,?this?ki nd?of?tech no logy?already?i n? doma in s?a nd?so?o n?mod ern? SCie nce?a nd?tech no logy, ?n ati on al?defe nse?a nd?in dustry?a nd?agriculture?has ?obta in ed?theWideSPread?applicatio n. The? in frared?Se nsor?has?the? in frared?radiati on? CharaCt eristic?US in g?th

3、e?ObjeCt,?the?realizati on? automatic?detect ion?Sen sor.This?art icle?i ntroduced?the?,It?is?o ne?ki nd?has?the? applicati on ?pote ntial?Se nsor?extr emel y.I t?Ca n? exam in e?the?huma n?o r?Certa in?ani mal?Ia Un ch? in frared?a nd?tra nsfor ms?the?electrical?Sig nal?to?OUtPUt.This?article?i ntr

4、oduced?first?the?PyrOeIeC tric?Se nsor?the?Pri nciple,?the n? describes?the?PaSSiVe?form?pyroelectric? infra redse nsor?COrrelati on? special-purpose? in tegrated?CirCUit?PrOCeSS in gtech no logy ?agai n?as?well?as?the?improveme nt?measure?which?makes?i n? view?of?its?flaw.? Key?word: ?In frared?pro

5、be?head;?Pyroelectric?effect;?PaSSiVe?form;DeSCribethed evelopme ntan dapplicati on PrOSPeCt一：引言世界上的物體只要溫度高于絕對(duì)零度（-273.15 ）就會(huì)產(chǎn)生熱輻射現(xiàn)象，其實(shí)熱輻射也 能差生折射反射等現(xiàn)象。這樣便產(chǎn)生了紅外傳感技術(shù)，應(yīng)用于軍事、農(nóng)業(yè)、生活、災(zāi)區(qū)、 防盜等等。紅外儀器接受被測(cè)物體發(fā)出或者反射的紅外線，從而掌握被測(cè)物體的位置。作 為紅外技術(shù)的研究核心。二：紅外線傳感器的概述2.1 :紅外線傳感器定義：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)。工程上把紅外線 占據(jù)的電磁波普

6、的位置分為：近紅外，中紅外，遠(yuǎn)紅外，極遠(yuǎn)紅外。任何物質(zhì)，只要它本 身具有一定的溫度（高于絕對(duì)零度），都能輻射紅外線。2.2紅外線傳感器原理：利用物體產(chǎn)生紅外輻射的特性，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)的傳感器。2.3基本特點(diǎn)：1是一種不可見(jiàn)光。波長(zhǎng)范圍大致在 0.751000 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(yuǎn)紅外和極遠(yuǎn)紅外 2、具有反射、折射、散射、干涉、 吸收等特性，它在真空中也以光速傳播，具有明顯的波粒二相性。大氣層對(duì)不同波長(zhǎng)的紅 外線存在不同的吸收帶，紅外線在通過(guò)大氣層時(shí)，有三個(gè)波段透過(guò)率高，它們是22.6 m 35 m和814 m統(tǒng)稱它們?yōu)椤按髿獯翱凇薄＿@三個(gè)波段對(duì)紅外探測(cè)

7、技術(shù)特別重要， 因此紅外探測(cè)器（如遙感探測(cè)）一般都工作在這三個(gè)波段（大氣窗口）之內(nèi)。2.4紅外輻射的性質(zhì)：1. 金屬對(duì)紅外輻射衰減非常大，一般金屬基本不能透過(guò)紅外線。2. 氣體對(duì)紅外輻射也有不同程度的吸收。3. 介質(zhì)不均勻、晶體材料的不純潔、有雜質(zhì)或懸浮小顆粒等都會(huì)引起對(duì)紅外輻射的散 射。4. 實(shí)踐證明，溫度越低的物體輻射的紅外線波長(zhǎng)越長(zhǎng)。由此在應(yīng)用中根據(jù)需要有選擇 的接受某一定范圍的波長(zhǎng)，就可以達(dá)到測(cè)量的目的2.5紅外傳感器的組成：1. 紅外輻射源（有紅外輻射的物體，只要溫度高于絕對(duì)零度）2.紅外探測(cè)器（能將紅外輻射能轉(zhuǎn)換為電能的光敏原件） 紅外輻射的基本定律基爾霍夫定律：一個(gè)物體向周圍輻射

8、能量的同時(shí)，也吸收周圍物體的 輻射能，希爾霍夫定律指物體的輻射發(fā)射量Er和吸收率之比與物體的性質(zhì)無(wú)關(guān)，總等于同一溫度下絕對(duì)黑體的輻射能量。2.6紅外傳感器的工作原理：1. 待測(cè)目標(biāo)。根據(jù)待測(cè)目標(biāo)的紅外特性可進(jìn)行紅外系統(tǒng)的設(shè)定。2. 大氣衰減。由于發(fā)生散射和吸收。3. 光學(xué)接收器。接收紅外輻射并傳給紅外傳感器。4. 輻射調(diào)節(jié)器。提供目標(biāo)方位信息，濾除干擾信號(hào)。5. 紅外探測(cè)器。紅外輻射與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的物理效應(yīng)探測(cè)紅外輻射傳感器。6. 探測(cè)器制冷。由于部分探測(cè)器只能在低溫條件下進(jìn)行。7. 信號(hào)處理系統(tǒng)。從信號(hào)中提取信息傳到顯示器。8. 顯示設(shè)備。就是終端。I三：主要介紹三個(gè)紅外傳感器的應(yīng)用3.

9、1紅外探測(cè)器：無(wú)線紅外探測(cè)器是采用國(guó)際最先進(jìn)的數(shù)字處理技術(shù)開(kāi)發(fā)而成的智能型雙元式探測(cè)器， 它主要采用雙元被動(dòng)紅外熱釋電傳感器和特殊的光輯分析判斷，帶微電腦數(shù)字信號(hào)處理， 完善的溫度補(bǔ)償，獨(dú)有的防誤報(bào)算法，低功耗，性能穩(wěn)定，抗干擾性強(qiáng)，是一種高性價(jià)比 的無(wú)線紅外防盜探測(cè)器。 將探測(cè)器左邊的電源開(kāi)關(guān)打到下面，此時(shí)探測(cè)器電源接通，面殼上的報(bào)警指示燈點(diǎn) 亮約3秒，同時(shí)也發(fā)射出無(wú)線信號(hào)，報(bào)警3秒后探測(cè)器進(jìn)入穩(wěn)定程序，時(shí)間大約是50秒， 穩(wěn)定時(shí)間到，開(kāi)始進(jìn)入下一輪探測(cè)監(jiān)控。 當(dāng)有人進(jìn)入探測(cè)器的探測(cè)范圍內(nèi)時(shí)， 探測(cè)器報(bào)警指示燈點(diǎn)亮，同時(shí)發(fā)射出無(wú)線信號(hào)。 只要報(bào)警后，便要等50秒后才會(huì)進(jìn)入下一輪報(bào)警；如探測(cè)器

10、一直處于監(jiān)控狀態(tài)，則 無(wú)論何時(shí)只要有人進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域，則立刻產(chǎn)生報(bào)警。在紅外線探測(cè)器中，熱電元件檢測(cè)人體的存在或移動(dòng)，并把熱電元件的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換 成電壓信號(hào)。然后，對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行波形分析。于是，只有當(dāng)通過(guò)波形分析檢測(cè)到由人體 產(chǎn)生的波形時(shí)，才輸出檢測(cè)信號(hào)。例如，在兩個(gè)不同的頻率范圍內(nèi)放大電壓信號(hào)，且將被 放大的信號(hào)用于鑒別由人體引起的信號(hào)。于是，誤將諸如熱電元件的爆米花噪聲一類噪聲 當(dāng)作為由人體所產(chǎn)生而在準(zhǔn)備加以檢測(cè)乃得以防止。該紅外線探測(cè)器包括紅外線發(fā)射器、接收器、以及信號(hào)處理器，信號(hào)處理器的信號(hào)輸 出端經(jīng)紅外線發(fā)射電路與紅外線發(fā)射器連接；信號(hào)輸入端經(jīng)紅外線接收電路與紅外線接收 器連接，其反饋

11、信號(hào)輸出端與外圍控制電路連接。本技術(shù)采用微型單片機(jī)作為信號(hào)處理器產(chǎn)生編碼信號(hào)，驅(qū)動(dòng)紅外線發(fā)射器發(fā)出帶有編 碼信號(hào)的紅外線信號(hào)，并實(shí)時(shí)檢測(cè)經(jīng)過(guò)放大電路處理后的反射信號(hào)，其編碼信號(hào)能夠保證 多個(gè)相同型號(hào)的傳感器同時(shí)同地工作而不相互干擾。而且工作頻率一致、可靠性高、功耗 小。3.2紅外無(wú)損探傷儀：以金屬板的內(nèi)部裂紋探測(cè)為例。 用紅外輻射掃描金屬板，同時(shí)掃描同步器。 紅外輻射不能通過(guò)金屬板卻可以通過(guò)裂紋。 紅外接收機(jī)接收?qǐng)D像 進(jìn)行圖像處理在顯示器得到圖像，與同步器所得圖像進(jìn)行對(duì)比這樣就得到有裂紋的圖像，可以精確的找到裂紋部位。詳細(xì)的說(shuō)：將紅外輻射對(duì)金屬板進(jìn)行均勻照射，利用金屬對(duì)紅外輻射的吸收與縫隙（含

12、有某種氣體或真空）?對(duì)紅外輻射的吸收所存在的差異，可以探測(cè)出金屬斷裂空隙。當(dāng)紅外輻 射掃描器連續(xù)發(fā)射一定波長(zhǎng)的紅外光通過(guò)金屬板時(shí)，在金屬板另一側(cè)的紅外接收器也同時(shí) 連續(xù)接收到經(jīng)過(guò)金屬板衰減的紅外光；如果金屬板內(nèi)部無(wú)斷裂，輻射掃描器在掃描過(guò)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(shí)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。紅外無(wú)損探傷技術(shù)特點(diǎn)：1. 加熱和探傷設(shè)備都比較簡(jiǎn)單。2. 能針對(duì)各種特殊的需要設(shè)計(jì)出合適的方案。因此它的應(yīng)用范圍也是非常廣泛，例如金屬、陶瓷、塑料、橡膠等材料中的

13、裂縫、空洞、 異物、氣泡截面變形等各種缺陷的探傷，結(jié)構(gòu)的檢查，焊接質(zhì)量的鑒定以及電子器件和線 路的可靠性的檢測(cè)等。都可以用紅外無(wú)損探測(cè)技術(shù)來(lái)解決。3.3熱釋電紅外傳感器熱釋電紅外傳感器用途最為廣泛。熱釋電紅外報(bào)警器只能安裝在室內(nèi)，其誤報(bào)率與安 裝的位置和方式有極大的關(guān)系。正確的安裝應(yīng)滿足下列條件：(1) 報(bào)警器應(yīng)離地面2.02.2米。(2) 報(bào)警器應(yīng)遠(yuǎn)離空調(diào)、冰箱、火爐等空氣、溫度變化比較敏感的地方。(3) 報(bào)警器探測(cè)范圍內(nèi)不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。(4) 報(bào)警器不要直對(duì)窗口，否則窗外的熱氣流擾動(dòng)和人員走動(dòng)會(huì)引起誤報(bào)，有條件的話 最好把窗簾拉上。另外，報(bào)警器也不要安裝在有強(qiáng)氣流活

14、動(dòng)的地方。這樣做更好的滿足熱釋電紅外報(bào)警器的要求。 抗干擾性能 防小動(dòng)物干擾：探測(cè)器安裝在推薦的使用高度，對(duì)探測(cè)范圍內(nèi)地面上的小動(dòng)物，一 般不產(chǎn)生報(bào)警。 抗電磁干擾： 抗燈光干擾：探測(cè)器在正常靈敏度的范圍內(nèi)，受 3米外H4鹵素?zé)敉高^(guò)玻璃照射， 不產(chǎn)生報(bào)警。紅外線熱釋電傳感器對(duì)人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳 感器對(duì)于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感，而對(duì)于橫切方向(即與半徑垂直的方向)移動(dòng)則最為敏感 在現(xiàn)場(chǎng)選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報(bào)、求得最佳檢測(cè)靈敏度極為重要的一環(huán)。優(yōu)點(diǎn)：本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價(jià)格低廉。缺點(diǎn)：容易受各種熱源、光源干擾 被動(dòng)紅外穿透

15、力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。 環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈。紅外傳感器的發(fā)展前景：紅外探測(cè)器應(yīng)用可以用于非接觸式的溫度測(cè)量，氣體成分分析，無(wú)損探傷,熱像檢測(cè)， 紅外遙感以及軍事目標(biāo)的偵察，搜索,跟蹤和通信等.紅外傳感器的應(yīng)用前景隨著現(xiàn)代科學(xué) 技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)更加廣闊在將來(lái)的發(fā)展中，主要在紅外傳感器的性能和靈敏度將會(huì)二較 大的提高.發(fā)展趨勢(shì)主要有：(1) 智能化.目前的紅外傳感器主要結(jié)合外圍設(shè)備來(lái)使用 ，而智能傳感器內(nèi)置微處理器 能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器與控制單元的雙向通信，具有小型化，數(shù)字通信,維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，能夠單 獨(dú)作為一個(gè)模塊獨(dú)立工作(2) 微型化.傳感器微型化一個(gè)必然趨勢(shì).現(xiàn)在應(yīng)用中，由于紅外傳感器的體積問(wèn)題，導(dǎo) 致其使用程度遠(yuǎn)不如熱電隅來(lái)的好所以紅外傳感器微型化便攜與否對(duì)其發(fā)展前途的影響 是不可忽略的(3) 高靈敏度及高性能.在醫(yī)學(xué)上,人體體溫測(cè)試方面，紅外傳感器因測(cè)量的快速性而得 到了相當(dāng)?shù)膽?yīng)用，但局限于其準(zhǔn)確度不高而沒(méi)辦法取代現(xiàn)有的體溫測(cè)量方法 因此,紅外傳 感器高靈敏度及高性是其未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)雖然現(xiàn)階段的紅外傳感器還有很多的不足，但紅外傳感器已經(jīng)在現(xiàn)代化的生產(chǎn)實(shí)踐中 發(fā)揮著它的巨大作用，隨著探測(cè)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，也將有