紅外傳感器分類工作原理及發(fā)展應(yīng)用前景

紅外傳感器概述紅外傳感器概述、將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電能的光敏元件稱為紅外傳感器，也常稱為紅外探測(cè)器。紅外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。在物理學(xué)中，我們已經(jīng)知道可見(jiàn)光、不可見(jiàn)光、紅外光及無(wú)線電等都是電磁波，其中紅外線又稱紅外光，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(duì)零度），都能輻射紅外線。紅外傳感器測(cè)量時(shí)不與被測(cè)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(diǎn)。紅外技術(shù)是在最近幾十年中發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)。它常用于無(wú)接觸溫度測(cè)量、氣體成分分析和無(wú)損探傷，在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。（一）紅外輻射的產(chǎn)生紅外輻射是由于物體（固體、液體和氣體）內(nèi)部分子的轉(zhuǎn)動(dòng)及振動(dòng)而產(chǎn)生的。這類振動(dòng)過(guò)程是物體受熱而引起的，只有在絕對(duì)零度（-273.16°C）時(shí)，一切物體的分子才會(huì)停止運(yùn)動(dòng)。所以在絕對(duì)零度時(shí)，沒(méi)有一種物體會(huì)發(fā)射紅外線。換言之，在一般的常溫下，所有的物體都是紅外輻射的發(fā)射源。例如火焰、軸承、汽車(chē)、飛機(jī)、動(dòng)植物甚至人體等都是紅外輻射源。紅外線和所有的電磁波一樣，具有反射、折射、散射、干涉及吸收等性質(zhì)，但它的特點(diǎn)是熱效應(yīng)非常大，紅外線在真空中傳播的速度3X108m/s，而在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于介質(zhì)的吸收和散射作用使它產(chǎn)生衰減。紅外線的衰減遵循如下規(guī)律0*#（）。式中，I為通過(guò)厚度為x的介質(zhì)后的通量；I0為射到介質(zhì)時(shí)的通量；。為自然對(duì)數(shù)的底；K為與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。金屬對(duì)紅外輻射衰減非常大，一般金屬材料基本上不能透過(guò)紅外線；大多數(shù)的半導(dǎo)體材料及一些塑料能透過(guò)紅外線；液體對(duì)紅外線的吸收較大，例如厚1（）的水對(duì)紅外線的透明度很小，當(dāng)厚度達(dá)到時(shí)，水對(duì)紅外線幾乎完全不透明了；氣體對(duì)紅外輻射也有不同程度的吸收，例如大氣（含水蒸汽、二氧化碳、臭氧、甲烷等）就存在不同程度的吸收，它對(duì)波長(zhǎng)為1?5pm，8?14pm之間的紅外線是比較透明的，對(duì)其他波長(zhǎng)的透明度就差了。而介質(zhì)的不均勻，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。我們已經(jīng)知道可見(jiàn)光、不可見(jiàn)光、紅外光及無(wú)線電等都是電磁波，它們之間的差別只是波長(zhǎng)（或頻率）的不同而已。下面是將各種不同的電磁波按照波長(zhǎng)（或頻率）排成如圖1所示的波譜圖，稱之為電磁波譜。圖1電磁波譜圖從圖中可以看出，紅外線屬于不可見(jiàn)光波的范疇，它的波長(zhǎng)一般在0.76—600Um之間（稱為紅外區(qū)）。而紅外區(qū)通常又可分為近紅外（0.73?1.5um）、中紅外（1.5—10Um）和遠(yuǎn)紅外（10um以上），在300um以上的區(qū)域又稱為“亞毫米波”。這里所說(shuō)的遠(yuǎn)近是指紅外輻射在電磁波譜中與可見(jiàn)光的距離而言。（二）紅外輻射的性質(zhì)1、輻射出射度簡(jiǎn)稱輻出度，從輻射源表面單位面積發(fā)射出的輻射通量，其中單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射出射度稱光譜輻出度；某一特定波長(zhǎng)的輻射出射度稱為單色輻射出射度。單色輻射出射度多用在科學(xué)理論研究中，單一頻率的波由于能量很少，實(shí)際測(cè)量和應(yīng)用過(guò)程中很難探測(cè)到，所以如輻射測(cè)溫儀等都是測(cè)定一定范圍波長(zhǎng)內(nèi)的輻射出射度。輻射出射度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)離開(kāi)輻射源表面一點(diǎn)處的面單元上的輻射能量除以該單元面積，稱為該點(diǎn)的輻射出射度，即輻射出射度的單位為瓦/米2（皿）。如果一個(gè)光源表面上的一個(gè)發(fā)光面積A在各個(gè)方向（在半個(gè)空間內(nèi)）的輻射通量為0e，則該發(fā)光面對(duì)輻射出射度為=0e/A。物體的輻射出射度可由斯忒藩-波爾茲曼定律得到。積分量為物體的分譜輻射通量密度?！隇槲矬w的比輻射度。此處強(qiáng)調(diào)“出”字。如果是指投射到物體表面的輻射，則必須用輻照度來(lái)表示。2、輻射功率輻射功率就是單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射(傳輸或接受)的輻射能。單位為［瓦］(焦耳/秒)。輻射功率P的定義表示為二箜二箜3/3、紅外輻射基本規(guī)律(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。⑵氣體對(duì)紅外輻射也有不同程度的吸收。⑶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。紅外傳感器的分類紅外傳感器的種類很多，按照不同的機(jī)制可以分成不同的類別：1、按照功能分：(1)輻射計(jì)，用于輻射和光譜測(cè)量；⑵搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤;熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個(gè)目標(biāo)的紅外輻射的分布圖像；紅外測(cè)距和通信系統(tǒng)；⑸混合系統(tǒng)，是指以各類系統(tǒng)中兩個(gè)或多個(gè)的組合。2、按照工作原理分：⑴將紅外線一部分變換成熱，藉熱取出電阻值變化和電動(dòng)勢(shì)等輸出信號(hào)之熱型；⑵利用半導(dǎo)體遷徙現(xiàn)象吸收能量差之光電效果及利用因接合之光電動(dòng)勢(shì)效果的量子型。二、紅外傳感器的工作原理上一節(jié)我們說(shuō)過(guò)紅外傳感器按照工作原理可以分成兩類：熱釋電紅外線傳感器和紅外光電傳感器，現(xiàn)分別進(jìn)行介紹。（一）熱釋電紅外線傳感器1、 熱釋電效應(yīng)若某些強(qiáng)介電質(zhì)物質(zhì)的表面發(fā)生變化，隨著溫度的上升或下降，在這些物質(zhì)表面上就會(huì)產(chǎn)生電荷的變化，這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)，是熱電效應(yīng)的一種。這種現(xiàn)象在鈦酸鋇之類的強(qiáng)介電材料上表現(xiàn)的特別明顯。熱釋電紅外傳感器通過(guò)目標(biāo)與背景的溫差來(lái)探測(cè)目標(biāo)，其工作原理是利用熱釋電效應(yīng)，即在鈦酸鋇一類晶體的上、下表面設(shè)置電極，在上表面覆以黑色膜，若有紅外線間歇地照射，其表面溫度上升△「其晶體內(nèi)部的原子排列將產(chǎn)生變化，引起自發(fā)極化電荷，在上下電極之間產(chǎn)生電壓△"常用的熱釋電紅外線光敏元件的材料有陶瓷氧化物和壓電晶體，如鈦酸鋇、鉭酸鋰、硫酸三甘肽及鈦鉛酸鉛等。另外，需指出的是，熱釋電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷不是永存的，只要它出現(xiàn)，很快會(huì)被空氣中的單個(gè)離子所結(jié)合。因此，用熱釋電效應(yīng)制成的紅外傳感器，往往在它的元件前面加機(jī)械式的周期遮光裝置，以使此電荷周期地出現(xiàn)，只有測(cè)移動(dòng)物體時(shí)可不用。2、 熱釋電傳感器的構(gòu)造熱釋電紅外線傳感器是利用材料自發(fā)極化隨溫度變化的特征來(lái)探測(cè)紅外線輻射的傳感器，采用雙靈敏元設(shè)計(jì)，抑制環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的干擾，提高了傳感器的工作穩(wěn)定性。圖2為熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu)圖.熱釋電紅外傳感器主要由外殼、濾光片、熱釋電元件、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管、電阻等組成。其中，場(chǎng)效應(yīng)管起到阻抗變換的作用，而窗口處的濾光片是為濾去無(wú)用的紅外線，讓有用的紅外線進(jìn)入窗口。在防盜報(bào)警系統(tǒng)所采用熱釋電傳感器的濾光片為7的濾光片，該濾光片能很好地讓人體輻射的紅外線通過(guò)而阻止其它射線通過(guò)，以免引起干擾。并且，在防盜報(bào)警系統(tǒng)所采用熱釋電傳感器為雙元型紅外傳感器，雙元型傳感器由兩個(gè)有極性的敏感元件反向串聯(lián)，這樣由于環(huán)境的影響而使整個(gè)晶片發(fā)生溫度變化時(shí)，極性相反的敏感元件產(chǎn)生的熱釋電信號(hào)相互抵消，可以有效的防止因太陽(yáng)光等紅外線及環(huán)境溫度變化而引起的誤差。r~7瑜出呼口慫再電「蜩i呼口慫再電「蜩i電元陪 /箝as器絡(luò)枸 善7*圖2熱釋電紅外線傳感器結(jié)構(gòu)和等效電路因?yàn)樘綔y(cè)器元件自身在使用時(shí)有探測(cè)距離短，而且后電路不容易使用的弱點(diǎn)，所以，目前銷售一種紅外組合件。紅外組合件由熱釋電傳感器、擴(kuò)大探測(cè)范圍、增高靈敏度的透鏡、電放大、信號(hào)處理系統(tǒng)用的后電路、防止因外界噪聲引起的錯(cuò)誤動(dòng)作使用的密封管殼（僅多功能組合件）構(gòu)成。這種構(gòu)型小型化且有多種功能。3、熱釋電傳感器的基本原理實(shí)質(zhì)上熱釋電傳感器是對(duì)溫度敏感的傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，在元件兩個(gè)表面做成電極。在環(huán)境溫度有AT的變化時(shí)，由于有熱釋電效應(yīng)，在兩個(gè)電極上會(huì)產(chǎn)生電荷△Q，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱的電壓AV。由于它的輸出阻抗極高，在傳感器中有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷AQ會(huì)被空氣中的離子所結(jié)合而消失，即當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí)，A0,則傳感器無(wú)輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生AT，則有AT輸出；若人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)后不動(dòng)，則溫度沒(méi)有變化，傳感器也沒(méi)有輸出了。所以這種傳感器也稱為人體運(yùn)動(dòng)傳感器。由實(shí)驗(yàn)證明，傳感器不加光學(xué)透鏡（也稱菲涅爾透鏡），其檢測(cè)距離小于2m，而加上光學(xué)透鏡后，其檢測(cè)距離可增加到10m左右。熱釋電紅外傳感器是一種具有極化現(xiàn)象的熱晶體或稱為“鐵電體”，鐵電體的極化強(qiáng)度（單位面積的電荷）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(shí)，引起薄片溫度升高，使其極化強(qiáng)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(fù)載電阻與鐵電體薄片相連，則負(fù)載電阻上便產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)輸出，輸出信號(hào)的大小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(qiáng)弱。由此可見(jiàn)，熱釋電紅外傳感器的電壓響應(yīng)率正比于入射輻射變化的速率。當(dāng)恒定的紅外輻射照射在熱釋電紅外傳感器上時(shí)，傳感器沒(méi)有電信號(hào)輸出，只有鐵電體溫度處于變化過(guò)程中，才有電信號(hào)輸出。所以，必須對(duì)紅外輻射進(jìn)行交變輻射，不斷地引起傳感器的溫度變化，才能導(dǎo)致熱釋電產(chǎn)生，并輸出交變的信號(hào)。(二)紅外光電傳感器1、紅外光電傳感器的基本原理紅外光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路，如圖3所示：圖3紅外光電傳感器組成發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管()、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。此外，光電開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。三角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準(zhǔn)確地從反射板中返回，具有實(shí)用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過(guò)反射后，還是從這根反射線返回。2、紅外光電傳感器的分類和工作方式⑴槽型光電傳感器把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)的是槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見(jiàn)光，在無(wú)阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過(guò)時(shí)，光被遮擋，光電開(kāi)關(guān)便動(dòng)作。輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動(dòng)作。槽形開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。⑵對(duì)射型光電傳感器若把發(fā)光器和收光器分離開(kāi)，就可使檢測(cè)距離加大。由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開(kāi)關(guān)就稱為對(duì)射分離式光電開(kāi)關(guān)，簡(jiǎn)稱對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)。它的檢測(cè)距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測(cè)物通過(guò)路徑的兩側(cè)，檢測(cè)物通過(guò)時(shí)阻擋光路，收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。⑶反光板型光電傳感器把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi)，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開(kāi)關(guān)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來(lái)被收光器收到；一旦光路被檢測(cè)物擋住，收光器收不到光時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。⑷擴(kuò)散反射型光電傳感器它的檢測(cè)頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器，但前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。當(dāng)檢測(cè)物通過(guò)時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來(lái)，收光器就收到光信號(hào)，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。(5)光纖式光電傳感器光纖式光電開(kāi)關(guān)把發(fā)光器發(fā)出的光用光纖引導(dǎo)到檢測(cè)點(diǎn)，再把檢測(cè)到的光信號(hào)用光纖引導(dǎo)到光接收器就組成光纖式光電開(kāi)關(guān)。按動(dòng)作方式的不同，光纖式光電開(kāi)關(guān)也可分成對(duì)射式、反光板反射式、擴(kuò)散反射式等多種類型。紅外光電傳感器除能測(cè)量光強(qiáng)之外，還能利用光線的透射、遮擋、反射、干涉等測(cè)量多種物理量，如尺寸、位移、速度、溫度等，因而是一種應(yīng)用極廣泛的重要敏感器件。光電測(cè)量時(shí)不與被測(cè)對(duì)象直接接觸，光束的質(zhì)量又近似為零,在測(cè)量中不存

在摩擦和對(duì)被測(cè)對(duì)象幾乎不施加壓力。因此在許多應(yīng)用場(chǎng)合，紅外光電傳感器比其他傳感器有明顯的優(yōu)越性。三、紅外傳感器的應(yīng)用及發(fā)展前景（一）紅外傳感器的應(yīng)用由于紅外溫度傳感器實(shí)現(xiàn)了無(wú)接觸測(cè)溫、遠(yuǎn)距離測(cè)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(yīng)用。1、紅外氣體分析儀紅外線氣體分析儀是利用紅外線進(jìn)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(cè)器里的溫度升高不同，動(dòng)片薄膜兩邊所受的壓力不同，從而產(chǎn)生一個(gè)電容檢測(cè)器的電信號(hào)。這樣，就可間接測(cè)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(duì)氣體成分進(jìn)行分析。例如，二氧化碳對(duì)于波長(zhǎng)為2.7um，4.33um和14.5um紅外光吸收相當(dāng)強(qiáng)烈，并且吸收譜相當(dāng)?shù)膶?，即存在吸收帶。根?jù)實(shí)驗(yàn)分析，只有4.33um吸收帶不受大氣中其他成分影響，因此可以利用這個(gè)吸收帶來(lái)判別大氣中2的含量。從圖4中可以看出，氣體對(duì)波長(zhǎng)為4.65um附近的紅外線具有很強(qiáng)的吸收能力，2氣體則發(fā)生在2.78um和4.26um附近以及波長(zhǎng)大于13um的范圍對(duì)紅外線有較強(qiáng)的吸收能力。如分析氣體，則可以利用4.26um附近的吸收波段進(jìn)行分析。2/Um2/Um圖4不同氣體對(duì)紅外線的透射光譜如圖5所示，光源由鎳格絲通電加熱發(fā)出3?10um的紅外線，切光片將連續(xù)的紅外線調(diào)制成脈沖狀的紅外線，以便于紅外線檢測(cè)器信號(hào)的檢測(cè)。測(cè)量氣室中通入被分析氣體，參比氣室中封入不吸收紅外線的氣體（如N2等）。紅外檢測(cè)器是薄膜電容型，它有兩個(gè)吸收氣室，充以被測(cè)氣體，當(dāng)它吸收了紅外輻射能量后，氣體溫度升高，導(dǎo)致室內(nèi)壓力增大。圖5紅外線氣體分析以結(jié)構(gòu)原理圖測(cè)量時(shí)（如分析氣體的含量），兩束紅外線經(jīng)反射、切光后射入測(cè)量氣室和參比氣室，由于測(cè)量氣室中含有一定量的氣體，該氣體對(duì)4.65um的紅外線有較強(qiáng)的吸收能力，而參比氣室中氣體不吸收紅外線，這樣射入紅外探測(cè)器的兩個(gè)吸收氣室的紅外線光造成能量差異，使兩吸收室壓力不同，測(cè)量邊的壓力減小，于是薄膜偏向定片方向，改變了薄膜電容兩電極間的距離，也就改變了電容C。如被測(cè)氣體的濃度愈大，兩束光強(qiáng)的差值也愈大，則電容的變化量也愈大，因此電容變化量反映了被分析氣體中被測(cè)氣體的濃度。為了消除干擾氣體對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。所謂干擾氣體，是指與被測(cè)氣體吸收紅外線波段有部分重疊的氣體，如氣體和2在4?5um波段內(nèi)紅外吸收光譜有部分重疊，則2的存在對(duì)分析氣體帶來(lái)影響，這種影響稱為干擾。為此在測(cè)量邊和參比邊各設(shè)置了一個(gè)封有干擾氣體的濾波氣室，它能將與2氣體對(duì)應(yīng)的紅外線吸收波段的能量全部吸收，因此左右兩邊吸收氣室的紅外能量之差只與被測(cè)氣體（如）的濃度有關(guān)。2、紅外測(cè)溫儀紅外測(cè)溫儀是利用熱輻射體在紅外波段的輻射通量來(lái)測(cè)量溫度的。當(dāng)物體的溫度低于1000°C時(shí)，它向外輻射的不再是可見(jiàn)光而是紅外光了，可用紅外探測(cè)器檢測(cè)其溫度。如圖6為非接觸激光紅外測(cè)溫儀的原理框圖。透蔬沌那圖6非接觸激光紅外測(cè)溫儀的原理框圖紅外測(cè)溫儀一般用于探測(cè)目標(biāo)的紅外輻射和測(cè)定其輻射強(qiáng)度，確定目標(biāo)的溫度。采用分理出所需波段的濾光片，可使儀器工作在任意紅外波段。常見(jiàn)的紅外測(cè)溫儀的組成如圖7所示。它的光學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)固定焦距的透射系統(tǒng)，物鏡一般為錯(cuò)透鏡，有效通光口徑即作為系統(tǒng)的孔徑光欄。濾光片一般采用只允許8?14um的紅外輻射能通過(guò)的材料。紅外探測(cè)器一般為（鉭酸鋰）熱釋電探測(cè)器，安裝時(shí)保證其光敏面落在透鏡的焦點(diǎn)上。步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)調(diào)制盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)入射的紅外輻射進(jìn)行斬光，將恒定或緩變的紅外輻射變換為交變輻射。被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射通過(guò)透鏡聚焦在紅外探測(cè)器上，變換為電信號(hào)輸出，經(jīng)過(guò)前置放大器進(jìn)行阻抗轉(zhuǎn)換及信號(hào)放大，最后送入信號(hào)處理器進(jìn)行處理。除了采用這種透射式結(jié)構(gòu)外，還可以采用反射式的光學(xué)系統(tǒng)。透射式光學(xué)系統(tǒng)的透鏡式用紅外光學(xué)材料制造的，根據(jù)紅外波長(zhǎng)選擇光學(xué)材料。3、紅外探測(cè)器紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測(cè)器，按照探測(cè)的機(jī)理的不同，可以分為熱探測(cè)器和光子探測(cè)器兩大類。下面以熱探測(cè)器為例子來(lái)分析探測(cè)器的原理。熱探測(cè)器是利用輻射熱效應(yīng)，使探測(cè)元件接收到輻射能后引起溫度升高，進(jìn)而使探測(cè)器中依賴于溫度的性能發(fā)生變化。檢測(cè)其中某一性能的變化，便可探測(cè)出輻射。多數(shù)情況下是通過(guò)熱電變化來(lái)探測(cè)輻射的。當(dāng)元件接收輻射，引起非電量的物理變化時(shí)，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)淖儞Q后測(cè)量相應(yīng)的電量變化。4、紅外成像許多場(chǎng)合下，不僅需要知道物體表面的平均溫度，還需要了解物體的溫度分布情況，以便分析、研究物體結(jié)構(gòu)，探測(cè)物體內(nèi)部情況，因此需要采用紅外成像技術(shù)，將物體的溫度分布以圖像形式直觀的表示出來(lái)。常用的紅外成像器件有紅外變像管、紅外攝像管及紅外電荷耦合器件，可以組成各種形式的紅外攝像儀，圖2所示是一種熱成像的工作原理。熱成像的光學(xué)系統(tǒng)為全折射式。物鏡材料為單晶硅，通過(guò)更換物鏡可對(duì)不同距離和大小的物體掃描成像。光學(xué)系統(tǒng)中垂直掃描和水平掃描均采用具有高折射串的多面平行棱鏡，掃描棱鏡由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，掃描速度和相位由掃描觸發(fā)器、脈沖發(fā)生器和有關(guān)控制電路控制。前置放大器的紅外探測(cè)器輸出的微弱信號(hào)送入前置放大器，以抵消目標(biāo)溫度隨環(huán)境溫度變化引起的測(cè)量值的誤差。前置放大器的增益可通過(guò)調(diào)整反饋電路進(jìn)行控制。前置放大器的輸出信號(hào)，經(jīng)視頻放大器放大，再去控制顯像管屏上射線的強(qiáng)弱。由于紅外探測(cè)器輸出的信號(hào)大小與其所接收的輻照度成比例，因而顯像熒屏上射線的強(qiáng)弱也隨探測(cè)器所接受的輻照度成比例變化。（二）紅外傳感器的發(fā)展前景近年來(lái)，紅外傳感器正向著微型化、高精度、高可靠性、低功耗、智能化、數(shù)字化發(fā)展。這不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)，是21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。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)，紅外遙測(cè)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，其發(fā)展趨勢(shì)如下：1、向高可靠性發(fā)展：紅外傳感器的可靠性直接影響到電子設(shè)備的抗干擾等性能，研制高可靠性的紅外傳感器將是永久性的方向。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)。2、向微功耗及無(wú)源化發(fā)展：紅外傳感器一般都是非電量向電量的轉(zhuǎn)化，工作時(shí)離不開(kāi)電源，在野外現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地方，往往是用電池供電或用太陽(yáng)能等供電，開(kāi)發(fā)微功耗的傳感