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红外传感器 (最全的)

作者:必发88游戏登录 来源:必发88官网游戏 日期: 2022-04-08 14:45:57 人气: - 评论: 1

  红外辐射俗称红外线,它是一种不可见光, 由于是位于可见光中红色 光以外的光线 μm。 工程上 又把红外线所占据的波段分为四部分, 即近红外、中红外、 远红外和极远 红外。红外 区通常分为近红外 0.73~1.5um、中红外1.5~10um和远红外

  红外辐射本质上是一种热辐射。任何物体,只要它的温度 高于绝对零度(-273℃),就会向外部空间以红外线的方 式辐射能量,一个物体向外辐射的能量大部分是通过红外 线辐射这种形式来实现的。物体的温度越高,辐射出来的 红外线越多,辐射的能量就越强。另一方面,红外线被物 体吸收后可以转化成热能。

  红外线作为电磁波的一种形式,红外辐射和所有的电磁 波一样,是以波的形式在空间直线传播的,具有电磁波的 一般特性,如反射、折射、散射、干涉和吸收等。红外线 在真空中传播的速度等于波的频率与波长的乘积 。

  16.1 红外探测器? 红外传感器一般由光学系统、 探测器、信号调理电路及显 示单元等组成。

  ? 按应用可分为: ? 红外辐射测量 ? 热成像遥感技术 ? 红外搜索、跟踪目标、确定位置 ? 通讯、测距等。 ? 两部分组成: 1)红外辐射源 有红外辐射的物体就可以视为红外辐射源 2)红外探测器 能将红外辐射能转换为电能的热敏和光敏器件。

  ? 主要有两大类型: ? 热探测器和光子探测器。 1)热探测器(热电型) 有:热释电、热敏电阻、热电偶等; 2)光子探测器(量子型),利用某些半导体材料 在红外辐射的照射下产生光电子效应,材料电 学性质发生变化; 有:光敏电阻、光电管、光电池等。 ? 量子型光子探测器与光电传感器原理相同, 本节主要介绍热电型红外探测器。

  1. 热探测器 热探测器的工作机理是:利用红外辐射的热效应,探测器的 敏感元件吸收辐射能后引起温度升高,进而使某些有关物理参 数发生相应变化,通过测量物理参数的变化来确定探测器所吸 收的红外辐射。 ?

  热探测器主要有四类:热释电型、热敏电阻型、热电阻型 和气体型。其中,热释电型探测器在热探测器中探测率最高,

  “铁电体”的极化强度(单位面积上的电荷)与温度有关。当红外辐射照 射到已经极化的铁电体薄片表面上时引起薄片温度升高,使其极化强度降低, 表面电荷减少,这相当于释放一部分电荷,所以叫做热释电型传感器。 如果红外辐射继续照射,使铁电薄片的温度升高到新的平衡值,表面电荷也就 达到新的平衡浓度,不再释放电荷,也就不再有输出信号。 如果将负载电阻与铁电体薄片相连,则负载电阻上便产生一个电信号输出。 输出信号的强弱取决于薄片温度变化的快慢,从而反映出入射的红外辐射的强 弱,热释电型红外传感器的电压响应率正比于入射光辐射率变化的速率。

  热释电晶片表面必须罩上一块由一组 平行的棱柱型透镜所组成菲涅尔透镜,每一 透镜单元都只有一个不大的视场角,当人体 在透镜的监视视野范围中运动时,顺次地进 入第一、第二单元透镜的视场,晶片上的两 个反向串联的热释电单元将输出一串交变脉 冲信号。当然,如果人体静止不动地站在热 释电元件前面,它是“视而不见”的。

  传感器不加菲涅尔 透镜时,其检测距离 小于2m,而加上该透 镜后,其检测距离可 增加3倍以上。

  热释电红外线年代发展起来的一种新型高灵敏度探测 元件。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化,并将 其转换成电压信号输出。同时,它还能鉴别出运动的生物与其它非生 物。将这个电压信号加以放大,便可驱动各种控制电路,如作电源开 关控制、防盗防火报警、自动监测等。热释电红外传感器不仅适用于 防盗报警场所,亦适于对人体伤害极为严重的高压电及×射线、 射线 自动报警等。 用它制作的防盗报警器与目 前市场上销售的许多防盗报 警器材相比,具有如下特点: ●不需要用红外线或电磁波 等发射源。 ●灵敏度高、控制范围大。 ●隐蔽性好,可流动安装。

  可以用于以下各种实用电路中: 1.“有电,危险”安全警示电路 用于有电的场合,当有人进入这些场合 时,通过发出语音和声光提醒人们注意安全。 2.自动门 主要用于银行、宾馆。当有人来到时,大门自动打开,;人 离开后又自动关闭。 3.红外线防盗报警器 用于银行、办公楼、家庭等场合的防盗报警。 4.高速公路车辆车流计数器 5.自动开、关的照明灯,人体接近自动开关等。

  智能空调能检测 左右范围 出屋内是否有人,微 空调中,热释电传感器的菲涅尔 处理器据此自动调节 空调的出风量,以达 透镜做成球形状,从而能感受到屋内 一定空间角范围里是否有人,以及人 到节能的目的。

  光子探测器只要采用光电传感器,分为光电管、 光敏电阻、光敏晶体管、光电伏特元件等几类。

  光子探测器的主要特点是灵敏度高,响应速度快, 具有较高的响应频率,但探测波段较窄,一般在 低温下工作。

  以红外线为测量介质的系统称为红外传感系统,按照 功能可以分成五类: (1)温度计和辐射计,用于温度、辐射和光谱测量; (2)搜索和跟踪系统,用于搜索和跟踪红外目标,确定 其空间位置并对它的运动进行跟踪; (3)热成像系统,可产生整个目标红外辐射的分布图像; (4)红外测距和通信系统; (5)混合系统,由以上各类系统中的两个或者多个组合 而成。

  (5)红外探测器:它是红外传感系统的核心,利用红外辐射 与物质相互作用所呈现出来的物理效应探测红外辐射, 按照工作原理分为光敏探测器和热敏探测器两类。 (6)探测器制冷器:由于某些探测器必须要在低温下工作, 所以相应的系统必须有制冷设备。经过制冷,探测器可 以缩短响应时间,提高灵敏度。

  (7)信号处理系统:将探测的信号进行放大、滤波,并从中 提取出有用的信息。然后将这些信息转化为适当的格式, 传送到控制设备或者显示器中。

  (8)显示设备:它是红外传感系统的终端设备,常用的有示 波器、显像管、红外感光材料、指示仪器和记录仪等。

  红外测温仪是利用热辐射体在红外波段的辐射通量来测量温度的。 当物体的 温度低于1000℃时,它向外辐射的不再是可见光而是红外光了,可用红外探 测器检测其温度。

  图中的光学系统是一个固定焦距的透视系统,滤光片一般采用只 允许8~14um的红外辐射能通过的材料。步进电机带动调制盘转 动,将被测的红外辐射调制成交变的红外辐射射线。红外探测器 一般为热释电探测器,透镜的焦点落在其光敏面上。被测目标的 红外通过透镜聚焦在红外探测器上,红外探测器将红外辐射变换 为电信号输出。

  红外测温仪电路比较复杂,包括前置放大器、选频放大、温度 补偿、线性化、发射率调节等。目前已经有一种带单片机的智 能红外测温仪,利用单片机与软件的功能,大大简化了硬件电 路,提高了仪表的稳定性、可靠性和准确性。

  红外辐射温度计既可用于高温测量,又可用于冰点 以下的温度测量,所以是辐射温度计的发展趋势。

  市售的红外辐射温度计的温度范围可以从30℃~3000℃,中间分成若干个不同的规格,可根据 需要选择适合的型号。

  1. 2. 远距离、非接触测量,适应于高速、带电、高温、高压; 反映速度快,不需要达到热平衡过程,反映时间在μs 量级; 3. 4. 5. 灵敏度高,辐射能与温度T成正比; 准确度高,可达0.1℃内; 应用范围广泛,0下~上千度。

  利用红色激光瞄准被测 物(电控柜、天花板内 的布线. 红外线气体分析仪 红外线气体分析仪是根据气体对红外线具有选择性的吸收 的特性来对气体成分进行分析的。不同气体其吸收波段(吸收 带)不同,从图中可以看出,CO气体对波长为4.65 μm附近的

  如CO气体和CO2在4~5 μ m波段 内红外吸收光谱有部分重叠,则 CO2的存在对分析CO气体带来影 响,这种影响称为干扰。为此在 测量边和参比边各设置了一个封

  有干扰气体的滤波气室,它能将 与CO2气体对应的红外线吸收波 段的能量全部吸收,因此左右两

  调制成脉冲状的红外线,以便于红外探测器检测。测量气室中通入被分 析气体,参与气室中封入不吸收红外线的气体。

  气室和参比气室。 测量气室中含有一定量的CO气体, 该气体对4.65μm的红外线有较强的 吸收能力, 而参比气室中气体不吸收红外线,

  度升高,导致室内压力增大。射入两个吸收气室的红外线光造成能量差 异, 使两吸收室压力不同. 被测气体的浓度愈大, 两束光强的差值也愈大, 电容的变化也愈大. 电容变化量反映了被分析气体中被测气体的浓度。 滤波气室:为了消除干扰气体对测量结果的影响。 该结构中还设置了滤波气室。他是为了消除干扰气体对测量结果的影响。 所谓干扰气体,就是指与被测气体吸收红外线波段有部分重叠的气体。

  热成像元件 在中、长波红外探测领域, 现在多采用了碲镉汞红外 光子探测器。

  例2:红外热成像 红外热像仪将红外辐射转换成可见光进行显示,利用物体自 身的红外辐射来摄取物体热辐射图像。它能通过快速扫描,精确 的摄取反映被测物体温差信息的热图像。

  热像技术应用:温度分布检测、飞行器表面温度检测、 无损探测、安全生产监控、夜间机场状况检测、海岸线检测、临 床医学、军事等。 防爆型红外热像仪 用于探测地面和井下煤堆自燃温度。 矿用本质安全型红外成像生命探测仪 用于井下人员搜救、探测隐性火区分布、探测 瞎炮位置分布、采煤机组与液压支架实时工作 状态、探测井下各种开关、接头、变压器的事 故隐患、各种电器及传动设备的发热状态等。

  任何物体只要温 度高于绝对零度,内 部原子就会作无规则 运动,并不断地辐射 出热红外能量。红外 探测器可将物体辐射 的红外功率信号转换 成电信号,在计算机 成像系统的显示屏上, 将得到与物体表面热 分布相对应的热像图。

  ? 热释电红外可用于自动门、干手机、自动水龙头等。 ? 下图中自动门由热释电红外传感器检测是否有人出入, 由单稳态控制电机正转或反转。

  第12章 辐射式传感器 12.1 红外线 红外传感器应用 ? 红外遥控发射、接收电路

  热成像仪能透 过烟尘、云雾、小 雨及树丛等许多自 然或人为的伪装来 看清目标。手持式 及安装于轻武器上 的热成像仪可以让 使用者看清800m或 更远的人体大小的 2013-6-7 目标。

  对目标国家和地区的 资源状况的监视 监视对方军事部署和 大规模的军事移动

  可以帮助分析局部的 地形、资源状况,从 而帮助己方进行战术 行动的方案判断

  索尼数码摄像机首创 了红外线夜视摄影功 能,能够在全黑环境 下进行拍摄,甚至连 肉眼也不能分辨清楚 的物体,现在也可以 清晰地拍摄下来。

  利用红外探测器检查工件内部的缺陷,也是红外测温 的一种应用。而且是一种很巧妙的应用。例如A、B两 块金属板焊接在一起,其交界是否焊接良好,有没有 漏焊的部位呢?如何在不使部件受任何损伤的情况下 进行检测呢?红外测温技术就能完成这样的任务,这 就是“红外无损探伤技术”。 红外无损探伤仪可以用来检查部件内部缺陷,对部 件结构无任何损伤。例如,检查两块金属板的焊接质 量,利用红外辐射探伤仪能十分方便地检查漏焊或缺 焊;为了检测金属材料的内部裂缝,也可利用红外探 伤仪。

  这些是现在无损探伤 技术的仪器、电脑软 件及在电脑中的红外 无损探伤的显示。

  红外无损探伤的特点是加热和探伤设备都比较简 单,能针对各种特殊的需要设计出合适的监测方 案。因此他的应用范围比较广 泛,例如金 属、陶 瓷、塑料、橡胶、等材料中的裂缝、孔洞、异物、 气泡、截面变形等各种缺陷的 探伤,结构的检查, 焊接质量的鉴定以及电子器件和线路的可靠性的 检测等,都可以用红外无损探伤来解决。

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