紅外傳感器簡介

1、概述紅外線技術(shù)在測速系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，許多產(chǎn)品已運(yùn)用紅外線技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)車輛測速、探測等研究。紅外線應(yīng)用速度測量領(lǐng) 域時(shí)，最難克服的是受強(qiáng)太陽光等多種含有紅外線的光源干擾。外界光源的干擾成為紅外線應(yīng)用于野外的瓶頸。針對此問題，這里提出一種紅外線測速傳感器設(shè)計(jì)方 案，該設(shè)計(jì)方案能夠?yàn)槎帱c(diǎn)測量即時(shí)速度和階段加速度提供技術(shù)支持，可應(yīng)用于公路測速和生產(chǎn)線下料的速度稱量等工業(yè)生產(chǎn)中需要測量速度的環(huán)節(jié)。紅 外線對射管的驅(qū)動分為電平型和脈沖型兩種驅(qū)動方式。由紅外線對射管陣列組成分離型光電傳感器。該傳感器的創(chuàng)新點(diǎn)在于能夠抵抗外界的強(qiáng)光干擾。太陽光中含有 對紅外線接收管產(chǎn)生干擾的紅外線，該光線能夠?qū)⒓t外線

2、接收二極管導(dǎo)通，使系統(tǒng)產(chǎn)生誤判，甚至導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓。本傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于能夠設(shè)置多點(diǎn)采集，對射 管陣列的間距和陣列數(shù)量可根據(jù)需求選取。紅外技術(shù)已經(jīng)眾所周知，這項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)代科技、國防科技和工農(nóng)業(yè)科技等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質(zhì)的測量系統(tǒng)， 按照功能能夠分成五類：（1）輻射計(jì)，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(biāo)，確定其空間位置并對它的運(yùn)動進(jìn)行跟蹤；（3） 熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個目標(biāo)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。紅外傳感器根據(jù)探測機(jī)理可分成為：光子探測器（基于光電效應(yīng)）和熱探

3、測器（基于熱效應(yīng)）。原理待測目標(biāo)根據(jù)待測目標(biāo)的紅外輻射特性可進(jìn)行紅外系統(tǒng)的設(shè)定。大氣衰減待測目標(biāo)的紅外輻射通過地球大氣層時(shí)，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。光學(xué)接收器它接收目標(biāo)的部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器。相當(dāng)于雷達(dá)天線，常用是物鏡。輻射調(diào)制器對來自待測目標(biāo)的輻射調(diào)制成交變的輻射光，提供目標(biāo)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(jié)構(gòu)。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)效應(yīng)。此類探測器可分為光子探測器和

4、熱敏感探測器兩大類型。探測器制冷器由于某些探測器必須要在高溫下工作，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(shí)間，提高探測靈敏度。信號處理系統(tǒng)將探測的信號進(jìn)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，最后輸送到控制設(shè)備或者顯示器中。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。依照上面的流程，紅外系統(tǒng)就可以完成相應(yīng)的物理量的測量。紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測器，按照探測的機(jī)理的不同，可以分為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(yīng)，使探測元件接收到

5、輻射能后引起溫度升高，進(jìn)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(dāng)元件接收輻射，引起非電量的物理變化時(shí)，可以通過適當(dāng)?shù)淖儞Q后測量相應(yīng)的電量變化。圖上所示為歐姆龍公司生產(chǎn)的漫反射式和對射式光電傳感器，這兩種傳感器主要用于事件檢測和物體定位。圖中的紅燈和綠燈表示傳感器的狀態(tài)。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。發(fā)展前景咨 詢公司INTECHNOCONSULTING的傳感器市場報(bào)告顯示，2008年全球傳感器市場容量為506億美

6、元，預(yù)計(jì)2010年全球傳感器市場可達(dá) 600億美元以上。調(diào)查顯示，東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場增長最快的地區(qū)，而美國、德國、日本依舊是傳感器市場分布最大的地區(qū)。就世界范圍而言， 傳感器市場上增長最快的依舊是汽車市場，占第二位的是過程控制市場，看好通訊市場前景。一些傳感器市場比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳 感器、水平傳感器已表現(xiàn)出成熟市場的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場規(guī)模最大，分別占到整個傳感器市場的21%、19%和14%。傳感器 市場的主要增長來自于無線傳感器、MEMS(MICRO-ELECTRO-MECHANICALSYSTEMS，微機(jī)電系統(tǒng))傳感器、生物傳感器等

7、新興傳 感器。其中，無線傳感器在2007-2010年復(fù)合年增長率預(yù)計(jì)會超過25%。全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。有關(guān)專家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場，比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場份額的擴(kuò)大。類型紅外線傳感器依動作可分為：(1) 將紅外線一部份變換為熱，藉熱取出電阻值變化及電動勢等輸出信號之熱型。(2) 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PN 接合之光電動勢效果的量子型。熱型的現(xiàn)象俗

8、稱為焦熱效應(yīng)，其中最具代表性者有測輻射熱器 (THERMAL BOLOMETER)，熱電堆(THERMOPILE)及熱電(PYROELECTRIC)元件。熱型的優(yōu)點(diǎn)有：可常溫動作下操作，波長依存性(波長不同感度有很大之變化者)并不存在，造價(jià)便宜；缺點(diǎn)：感度低、響應(yīng)慢(MS之譜)。量子型 的優(yōu)點(diǎn)：感度高、響應(yīng)快速(S 之譜)；缺點(diǎn)：必須冷卻(液體氮?dú)? 、有波長依存性、價(jià)格偏高；紅 外線傳感器特別是利用遠(yuǎn)紅外線范圍的感度做為人體檢出用，紅外線的波長比可見光長而比電波短。紅外線讓人覺得只由熱的物體放射出來，可是事實(shí)上不是如此， 凡是存在于自然界的物體，如人類、火、冰等等全部都會射出紅外線，只是其波

9、長因其物體的溫度而有差異而已。人體的體溫約為3637C，所放射出峰值為 910微米的遠(yuǎn)紅外線，另外加熱至400700C的物體，可放射出峰值為35微米(不是MM）的中間紅外線。關(guān)鍵性元件菲涅爾濾光透鏡，熱釋電紅外傳感器（PIR）和匹配低噪放大器。菲 涅爾透鏡有兩個作用：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射在PIR上：二是將探測區(qū)內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測區(qū)的移動物體（人）能以溫度變化的 形式在PIR上產(chǎn)生變化的熱釋紅外信號。一般還會匹配低噪放大器，當(dāng)探測器上的環(huán)境溫度上升，尤其是接近人體正常體溫（37）時(shí)，傳感器的靈敏度下降， 經(jīng)由它對增益進(jìn)行補(bǔ)償，增加其靈敏度。輸出信號可用來驅(qū)動電子開關(guān)

10、，實(shí)現(xiàn)LED照明電路的開關(guān)控制。這是一款E27標(biāo)準(zhǔn)螺口燈頭的燈具，它的電源適用范圍 是 AC180V-250V （50/60HZ）， 紅外傳感器檢測范圍大約在3M15M，它的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品 IFS-BULB 3W燈具達(dá)80 LM ，5W燈具達(dá)140 LM 。在LED光源模塊的中央部分嵌入紅外線傳感器。一旦紅外傳感器檢測到人的體溫，LED電燈泡將會在50秒內(nèi)自動開啟與關(guān)閉。適用于任何一種室內(nèi)應(yīng)用，如 走廊、儲藏室、樓梯和大廳入口處。應(yīng)用輻射本質(zhì)紅外輻射的本質(zhì)紅外輻射的本質(zhì)是熱輻射。以波的形式在空間直線傳播，真空中以光速傳播當(dāng)物體溫度低于1000時(shí)，向外輻射的不再是可見光，而是紅外光紅外線在通過大氣層時(shí), 有三個波段透過率高, 它們是22.6 M、35 M和814 M。其波段如圖所示：紅外探測器紅外探測器分為熱探測器和光子探測器兩種。（1）熱探測