紅外傳感器及其應(yīng)用

1、紅外傳感器及其應(yīng)用Unifcrsity紅外傳感器及其應(yīng)用題目：紅外傳感器及其應(yīng)用學(xué)院名稱：指導(dǎo)老師：職稱：班級：學(xué)號:學(xué)生姓名：2010年5月25日前言：在科技高度發(fā)達(dá)的今天，自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測在人們的日常生活和工業(yè)控制所占的比例也越來越重，使人們的生活越來越舒適，工業(yè)生產(chǎn)的效率越來越高。而傳感器是自動(dòng)控制中的重要組成部件，是信息采集系統(tǒng)的重要部件，通過傳感器將感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適合輸送或檢測的信號(一般為電信號)，再利用計(jì)算機(jī)或者電路設(shè)備對傳感器輸出的信號進(jìn)行處理從而達(dá)到自動(dòng)控制的功能，由于傳感器的響應(yīng)時(shí)間一般都比較短，所以可以通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。紅外傳感器是傳感器中

2、常見的一類，由于紅外傳感器是檢測紅外輻射的一類傳感器，而自然界中任何物體只要其穩(wěn)定高于絕對零度都將對外輻射紅外能量，所以紅外傳感器稱為非常實(shí)用的一類傳感器，利用紅外傳感器可以設(shè)計(jì)出很多實(shí)用的傳感器模塊，如紅外測溫儀，紅外成像儀，紅外人體探測報(bào)警器，自動(dòng)門控制系統(tǒng)等。關(guān)鍵詞：紅外傳感器，自動(dòng)控制，信號，器件設(shè)備，系統(tǒng)紅外輻射俗稱紅外線，是一種人眼看不見的光線。自然界中任何物體只要其溫度高于絕對零度(-273.15?),都將以電磁波形式向外輻射能量一一熱輻射，物體溫度越高，輻射出的能量越多，波長越短。從紫外線到紅外線輻射的熱效應(yīng)逐漸增大，而熱效應(yīng)最大的為紅外線。紅外傳感器主要應(yīng)用波長0.840um

3、的紅外線。紅外線具有和可見光一樣的性質(zhì)：沿直線傳播；服從反射定律和折射定律；有干涉、衍射、偏振現(xiàn)象；具有散射、吸收特性。紅外傳感器是將紅外輻射能轉(zhuǎn)換為電信號的器件，也稱紅外器件或紅外探測器，是紅外檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。常用的紅外傳感器有熱傳感器和光子傳感器。熱傳感器是利用入射紅外輻射引起傳感器的溫度變化，然后利用器件的某種溫度敏感特性把溫度變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號；或者利用器件的某種溫度敏感特性來調(diào)節(jié)電路種的電流強(qiáng)度的大小，從而得到相應(yīng)的電信號。由此達(dá)到探測紅外輻射的目的。熱敏電阻型紅外傳感器是由鈕，鍥，鉆的氧化物混合后燒結(jié)而成的，熱敏電阻一般制成薄片狀，當(dāng)紅外輻射照射在熱敏電阻上時(shí)，其溫度升高，

4、電阻值減小。測量熱敏電阻阻值變化的大小，即可得知入射紅外輻射的強(qiáng)弱，從而可以判斷產(chǎn)生紅外輻射物體的溫度。測量電路可以采用一般的橋式測量電路。熱釋電型紅外傳感器是利用熱釋電效應(yīng)做成的紅外傳感器，若使某些強(qiáng)電介質(zhì)物質(zhì)的表面溫度發(fā)生變化，在這些物質(zhì)的表面上就會產(chǎn)生電荷的變化，這種現(xiàn)象稱為熱釋效應(yīng)。適用制作熱釋電紅外傳感器的光敏元件的材料很多，以壓電陶瓷和陶瓷氧化物最多。鑰酸鋰（LiTaO3）、硫酸三甘鈦（LATGS己培鈦酸鉛（PZT）制成的熱釋電型紅外傳感器目前用得極廣。今年來開發(fā)的具有熱釋電性能的高分子薄膜聚偏二氟乙烯（PVF2）,以稱為用于紅外成像器件、火災(zāi)報(bào)警傳感器等。熱釋電元件不能像其他光敏

5、元件那樣連續(xù)地接受光照，因?yàn)闃O化電荷在元件的表面不是永存的，只要一出現(xiàn)，很快就會與環(huán)境中的電話中和，或者漏泄。所以必須將入射光調(diào)制成脈沖光，是熱釋電元件連續(xù)地接受光照，使其表面電荷周期性的出現(xiàn)，根據(jù)取出的交變電信號的幅值檢測光強(qiáng)。熱釋電紅外敏感元件的內(nèi)阻極高，同時(shí)其輸出電壓信號又極其微弱，因此，需要進(jìn)行阻抗變換和信號放大才能應(yīng)用,否則不能有效地工作。熱釋電紅外傳感器電路如圖1光子紅外傳感器是利用某些半導(dǎo)體材料在入射光的照射下，產(chǎn)生光子效應(yīng)，使材料電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，通過測量其電學(xué)性質(zhì)的變化，可以知道相應(yīng)的紅外輻射的強(qiáng)弱。利用光子效應(yīng)所制成的紅外傳感器統(tǒng)稱為光子探測器。光子探測器的主要特點(diǎn)是：靈敏

6、度高，響應(yīng)速度快，具有較高的響應(yīng)頻率；但一般需要在低溫下工作，探測波段較窄。紅外傳感器的應(yīng)用紅外傳感器的應(yīng)用非常廣泛，可以做成紅外測溫系統(tǒng)、紅外成像系統(tǒng)、紅外分析、和報(bào)警與控制系統(tǒng)。紅外測溫是比較先進(jìn)的測溫方法，具有很多優(yōu)點(diǎn)，適用于遠(yuǎn)距離和非接觸測量，可以測量高速運(yùn)動(dòng)物體，帶點(diǎn)物體和高溫、高壓物體的溫度測量；相應(yīng)時(shí)間快，一般在毫秒級；靈敏度高；應(yīng)用范圍非常廣，可以從攝氏零下幾十度到零上幾千度。利用紅外傳感器原理可以做成紅外測溫儀，紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學(xué)零件及其位置確定。紅外能量

7、聚焦在光電探測器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號。該信號經(jīng)過放大器和信號處理電路，并按照儀器內(nèi)療的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。在很多場合，人們不僅需要知道物體表面的平均溫度，更想了解物體的溫度分布紅外成像能把物體的溫度分布轉(zhuǎn)換成圖像以直觀、形象的熱圖顯示出來，根據(jù)成像器件的不同可以：紅外變像管成像，紅外攝像管，光子耦合攝像器件等，其中光子耦合攝像器件是比較理想的固體成像器。紅外傳感器在日常生活中最常見的應(yīng)用是自動(dòng)門控制系統(tǒng)和溝槽廁所節(jié)水器。在一些高級飯店、賓館和公共場所都設(shè)有自動(dòng)門，當(dāng)人走到門前時(shí)，門會自動(dòng)打開，人過后會自動(dòng)關(guān)閉，達(dá)到全自動(dòng)控制的目的。1(開啟動(dòng)作當(dāng)人靠近自動(dòng)門時(shí)，設(shè)置

8、于門內(nèi)外側(cè)的檢測裝置(墊開關(guān)、紅外線開關(guān)、光線開關(guān)等)將其檢測出來，之后，信號送到控制裝置?？刂蒲b置接到該信號后驅(qū)動(dòng)馬達(dá)向門的開啟方向一馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)減速器、皮帶輪、皮帶或鏈條，使門向開啟方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)門接近門擋通過開啟制動(dòng)位置時(shí)，制動(dòng)力作用于馬達(dá)，門減速，其速度變?yōu)樾煨兴俣龋兄灵T擋位置后停止。2(關(guān)閉動(dòng)作當(dāng)人離開檢測裝置的檢測范圍，開啟定時(shí)器定時(shí)結(jié)束后(該時(shí)間設(shè)定可以調(diào)整)，控制裝置將馬達(dá)逆轉(zhuǎn)，使門向關(guān)閉方向動(dòng)作，門徐行后在門擋位置停止。自動(dòng)門主要有：旋轉(zhuǎn)自動(dòng)門、弧形自動(dòng)門、平滑自動(dòng)感應(yīng)門、平開自動(dòng)感應(yīng)門、折疊自動(dòng)感應(yīng)門、重疊自動(dòng)門、醫(yī)用自動(dòng)門、卷閘自動(dòng)門、車庫自動(dòng)門、特種自動(dòng)門。門機(jī)組由以

9、下部件組成：自動(dòng)(1)主控制器：它是自動(dòng)門的指揮中心，通過內(nèi)部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應(yīng)指令，指揮馬達(dá)或電鎖類系統(tǒng)工作；同時(shí)人們通過主控器調(diào)節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。(2)感應(yīng)探測器：負(fù)責(zé)采集外部信號，如同人們的眼睛，當(dāng)有移動(dòng)的物體進(jìn)入它的工作范圍時(shí)，它就給主控制器一個(gè)脈沖信號；(3)動(dòng)力馬達(dá)：提供開門與關(guān)門的主動(dòng)力，控制門扇加速與減速運(yùn)行。(4)自動(dòng)門，門扇行進(jìn)軌道：就象火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向行進(jìn)。(5)自動(dòng)門，門扇吊具走輪系統(tǒng)：用于吊掛活動(dòng)門扇，同時(shí)在動(dòng)力牽引下帶動(dòng)門扇運(yùn)行。(6)同步皮帶(有的廠家使用三角皮帶)：用于傳輸馬達(dá)所產(chǎn)動(dòng)力，牽引門扇吊

10、具走輪系統(tǒng)。(7)下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門扇在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)前后門體擺動(dòng)。當(dāng)門扇要完成一次開門與關(guān)門，其工作流程如下：感應(yīng)探測器探測到有人進(jìn)入時(shí)，將脈沖信號傳給主控器，主控器判斷后通知馬達(dá)運(yùn)行，同時(shí)監(jiān)控馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知馬達(dá)在一定時(shí)候加力和進(jìn)入慢行運(yùn)行。馬達(dá)得到一定運(yùn)行電流后做正向運(yùn)行，將動(dòng)力傳給同步帶，再由同步帶將動(dòng)力傳給吊具系統(tǒng)使門扇開啟；門扇開啟后由控制器作出判斷，如需關(guān)門，通知馬達(dá)作反向運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉門扇。自動(dòng)門的輔助配置1感應(yīng)器的選擇：在高檔酒店、寫字樓，可以選擇高靈敏度的感應(yīng)器；在人行道邊上的銀行、商店等經(jīng)常有人路過的地方，選擇窄區(qū)域的感應(yīng)器。2安全輔助裝置：在高檔

11、酒店等地方需要杜絕自動(dòng)門的夾人事件，可以選擇安裝防夾人紅外感應(yīng)器。3安裝門禁系統(tǒng)及電鎖：在自助銀行安裝自動(dòng)門，可以增加安裝自助銀行門禁系統(tǒng)，加裝電鎖，以便實(shí)現(xiàn)對進(jìn)出門的控制。4配備后備電源：為保證停電時(shí)自動(dòng)門也能工作正常，可以配備后備電源。自動(dòng)門的系統(tǒng)配置是指根據(jù)使用要求而配備的，與自動(dòng)門控制器相連的外圍輔助控制裝置，如開門信號源、門禁系統(tǒng)、安全裝置、集中控制等。必須根據(jù)建筑物的使用特點(diǎn)。通過人員的組成，樓宇自控的系統(tǒng)要求等合理配備輔助控制裝置。溝槽廁所節(jié)水器是對有溝槽便池使用的智能節(jié)水器。溝槽廁所是通過自動(dòng)水箱沖洗，有人沒人使用都是注滿水后自動(dòng)沖洗。溝槽廁所節(jié)水器就在原自動(dòng)水箱上方安裝電磁閥

12、，通過紅外探頭來檢測廁所的使用情況，如果有人進(jìn)入控測區(qū)，機(jī)器則發(fā)出相應(yīng)的指令控制電磁閥的開斷，從而控制水箱的開關(guān)，最終達(dá)到智能沖洗的效果，從而避免廁所無人使用時(shí)也沖洗。溝槽廁所節(jié)水器可用于學(xué)校、汽車站、火車站等公共廁所。在實(shí)際生產(chǎn)中，可以將紅外傳感器做成一定特殊功能的模塊，或者集成電路，用來進(jìn)行批量生產(chǎn)，也使其使用更加標(biāo)準(zhǔn)化。結(jié)束語：紅外傳感器是一類應(yīng)用非常廣泛的傳感器，其功能非常強(qiáng)大，對紅外傳感器的研究與設(shè)計(jì)有著非常大的前景，紅外傳感器性能良好，靈敏度高，響應(yīng)速度快，具有較高的響應(yīng)頻率；能適應(yīng)較廣的溫度范圍，工作可靠而且系統(tǒng)成本低，監(jiān)控范圍廣。利用紅外傳感器制作的報(bào)警設(shè)備使用非常方便。在自動(dòng)

13、控制方面，利用紅外傳感器制作來檢查產(chǎn)品數(shù)量，產(chǎn)品質(zhì)量的自動(dòng)檢測與控制設(shè)備使用非常的方便。由于紅外溫度傳感器實(shí)現(xiàn)了無接觸測溫、遠(yuǎn)距離測量高溫等功能，進(jìn)而將大部分操作人員從較惡劣的環(huán)境中解放出來了，原來必須要穿防高溫工作服才能工作的操作工人，現(xiàn)在不用再穿上那些不方便的工作裝，而且可以在一個(gè)更加原來安全、舒適的環(huán)境中工作。紅外溫度傳感器的這些特點(diǎn)令廣大用戶對其大感興趣。紅外溫度傳感器在餐飲行業(yè)中的應(yīng)用也在不斷增長。利用紅外傳感器制作的食品溫度檢測設(shè)備可以在人體不接觸食品的情況下進(jìn)行溫度監(jiān)督和記錄，因而食品不會被污染?；谶@樣的原因，紅外傳感器在此領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。光纖紅外傳感器還具有抗電磁和射頻干

14、擾的特點(diǎn)，這為便攜式紅外傳感器在汽車行業(yè)中的應(yīng)用又開辟了新的市場隨著紅外測溫技術(shù)的普遍應(yīng)用，一種新型的紅外技術(shù)一智能(Smart)數(shù)字紅外傳感技術(shù)正在悄然興起。這種智能傳感器內(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)簡單等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前，各傳感器用戶紛紛升級其控制系統(tǒng)，智能紅外傳感器的需求量將會繼續(xù)增長，預(yù)計(jì)短期內(nèi)市場還不會達(dá)到飽和。與此同時(shí)軟件生產(chǎn)商還開發(fā)出了與之相配套的軟件系統(tǒng)，其友好的圖形操作界面、高低溫報(bào)警、發(fā)射率可調(diào)、讀取記憶功能、響應(yīng)時(shí)間短等性能，令紅外溫度傳感器在業(yè)內(nèi)更加受到歡迎。另外，隨著便攜式紅外傳感器的體積越來越小，價(jià)格逐漸降低，在食品、采暖空調(diào)和汽車等領(lǐng)域也有了新的應(yīng)用。比如用在食品烘烤機(jī)、理發(fā)吹風(fēng)機(jī)上，紅外傳感器檢測溫度是否過熱，以便系統(tǒng)決定是否進(jìn)行下一步操作，如停止加熱，或是將食品從烤箱中自動(dòng)取出，或是使吹風(fēng)機(jī)冷卻等。隨著更多的用戶對便攜式紅外溫度傳感器的了解，其潛在用戶正在增加。所以在科技高速發(fā)達(dá)的今天，紅外傳感器有著非常大的發(fā)展前景。參考文獻(xiàn)：王化祥，張淑英