紅外傳感器原理

1、利用紅外線的物理性質(zhì)來進(jìn)行測(cè)量的傳感器。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。紅外線傳感器測(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)。紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分 為透射式和反射式兩類。檢測(cè)元件按工作原理可分為熱敏檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元 件。熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時(shí)溫度升高，電 阻發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。光電檢測(cè)元件常用的是光敏元件， 通常由硫化鉛、硒化鉛、神化鋼、神化銻、碲鎘汞三元合金、

2、鍺及硅摻雜等材料 制成。紅外線傳感器常用于無(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。例如采用紅外線傳感器遠(yuǎn)距離測(cè) 量人體表面溫度的熱像圖，可以發(fā)現(xiàn)溫度異常的部位，及時(shí)對(duì)疾病進(jìn)行診斷治療 （見熱像儀）；利用人造衛(wèi)星上的紅外線傳感器對(duì)地球云層進(jìn)行監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)大 范圍的天氣預(yù)報(bào)；采用紅外線傳感器可檢測(cè)飛機(jī)上正在運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)的過熱情 況等。 HYPERLINK /view/495838.html /view/495838.html人的眼睛能看到的可見光按波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、 紫。其中紅光的波長(zhǎng)范圍為0.620.76 m；紫

3、光的波長(zhǎng)范圍為0.380.46 m。 比紫光光波長(zhǎng)更短的光叫紫外線，比紅光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光叫紅外線最廣義地來說， 傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件，紅外傳感器 就是其中的一種。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紅外線傳感器的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛， 下面結(jié)合幾個(gè)實(shí)例，簡(jiǎn)單介紹一下紅外線傳感器的應(yīng)用。人體熱釋電紅外傳感器 和應(yīng)用介紹被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性：一般人體都有恒定的體 溫，一般在37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10UM左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就 是靠探測(cè)人體發(fā)射的10UM左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10UM左右的 紅外線通過菲尼爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。

4、紅外感應(yīng)源通常采用熱釋 電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向 外釋放電荷，電后續(xù)電路經(jīng)檢驗(yàn)處理后即可產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。1）這種探頭是以探 測(cè)人體輻射為目標(biāo)的。所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為10UM左右的紅外輻射必須非常 敏感。2）為了僅僅對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的 菲尼爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。3）被動(dòng)紅外探頭，其傳感 器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反， 環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵 消，于是探測(cè)器無(wú)信號(hào)輸出。4） 一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部

5、 分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電 也不同，不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理而報(bào)警。5）菲尼爾濾光片根據(jù)性能要求不同， 具有不同的焦距（感應(yīng)距離），從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場(chǎng)，視場(chǎng)越多，控制越嚴(yán) 密。在電子防盜、人體探測(cè)器領(lǐng)域中，被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器的應(yīng)用非常廣泛， 因其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。紅外線遙控 鼠標(biāo)器中的傳感器在機(jī)械式鼠標(biāo)器底部有一個(gè)露出一部分的塑膠小球，當(dāng)鼠標(biāo)器 在操作桌面上移動(dòng)時(shí)，小球隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，在鼠標(biāo)器內(nèi)部裝有三個(gè)滾軸與小球接觸， 其中有兩個(gè)分別是X軸方向和Y軸方向滾軸，用來分別測(cè)量X軸方向和Y軸方向 的移動(dòng)量，另一個(gè)是空軸

6、，僅起支撐作用。拖動(dòng)鼠標(biāo)器時(shí)，由于小球帶動(dòng)三個(gè)滾軸轉(zhuǎn)動(dòng)，X軸方向和Y軸方向滾軸又各帶動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)軸（稱為譯碼輪）轉(zhuǎn)動(dòng)。譯碼 輪（見圖1）的兩側(cè)分別裝有紅外發(fā)光二極管和光敏傳感器，組成光電耦合器。光 敏傳感器內(nèi)部沿垂直方向排列有兩個(gè)光敏品體管A和B，如圖2所示。由于譯碼 輪有間隙，故當(dāng)譯碼輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線時(shí)而照在光敏傳感 器上，時(shí)而被阻斷，從而使光敏傳感器輸出脈沖信號(hào)。光敏品體管A和B被安放 的位置使得其光照和阻斷的時(shí)間有差異，從而產(chǎn)生的脈沖A和脈沖B有一定的相 位差，利用這種方法，就能測(cè)出鼠標(biāo)器的拖動(dòng)方向照相機(jī)中的紅外線傳感器一一 夜視功能紅外夜視，就是在夜視狀態(tài)下，數(shù)碼攝像機(jī)

7、會(huì)發(fā)出人們?nèi)庋劭床坏降募t 外光線去照亮被拍攝的物體，關(guān)掉紅外濾光鏡，不再阻擋紅外線進(jìn)入CCD，紅外 線經(jīng)物體反射后進(jìn)入鏡頭進(jìn)行成像，這時(shí)我們所看到的是由紅外線反射所成的影 像，而不是可見光反射所成的影像，即此時(shí)可拍攝到黑暗環(huán)境下肉眼看不到的影 像。索尼數(shù)碼攝像機(jī)首創(chuàng)了紅外線夜視攝影功能，能夠在全黑環(huán)境下進(jìn)行拍攝， 甚至連肉眼也不能分辨清楚的物體，現(xiàn)在也可以清晰地拍攝下來。這種夜視的特 點(diǎn)是可以在完全沒有光線的條件下進(jìn)行拍攝，但由于采用的是紅外攝影，無(wú)法進(jìn) 行彩色的還原，所以拍攝出來的畫面是單色的，影像會(huì)變綠。不久之后，索尼又 推出了擁有超級(jí)紅外線夜視攝功能的數(shù)碼攝像機(jī)，紅外線功能的慢速快門為2

8、 段選擇，超級(jí)紅外線夜攝功能的慢速快門為自動(dòng)調(diào)節(jié)，可以獲得更好的影像效果。 舉一個(gè)大家都見過的例子，在美國(guó)空襲伊拉克時(shí)，伊拉克首都大部分地區(qū)都處于 停電狀態(tài)，這時(shí)除了防空曳光彈和導(dǎo)彈爆炸引起的火光以外就只有月光或星光照 明了，能見度極差。我們?cè)陔娨曅侣勆峡吹降膹默F(xiàn)場(chǎng)傳回來的錄像片的畫面都呈 現(xiàn)綠色，說明電視記者在拍攝時(shí)使用了紅外線夜視儀，導(dǎo)致影像是綠色的，如果 不使用紅外攝像技術(shù)，那么我們從電視畫面上將只能聽到聲音，而看不到任何影 響了。需要注意的：因?yàn)榧t外線夜視攝影儀的前提是數(shù)碼攝像機(jī)能發(fā)出人們?nèi)?眼看不到的紅外光線去照亮被拍攝的物體，所以說它的拍攝距離是有一定限制 的，如果攝像機(jī)發(fā)出的紅外

9、線到達(dá)不了要拍攝的物體，那么當(dāng)然就什么也拍不到 了 C-211D微型黑白紅外線攝像機(jī) 紅外線傳感器在工程上的應(yīng)用紅外線軸套掃描器ROTA-SONDE TS 2006通過光機(jī)系統(tǒng)掃描視場(chǎng)，并且無(wú)需任何光學(xué)調(diào) 整。它精確測(cè)量線材、棒材等生產(chǎn)線的活套大小，甚至對(duì)特殊鋼或有色金屬以及 在水汽、煙霧嚴(yán)重的情況下也能可靠工作。DELTA的紅外傳感器TS2006可用 于活套控制、熱帶材或熱板材的對(duì)中控制以及在其它很廣的應(yīng)用中提供位置信 息。ISO9002紅外檢測(cè)-高靈敏度250 C或400 C使用維護(hù)簡(jiǎn) 單、方便具有自監(jiān)測(cè)和報(bào)警功能ROTA-SONDE TS 2006 -特點(diǎn)TS 2006 檢測(cè)位于其視場(chǎng)范

10、圍內(nèi)的熱工件（鋼，銅，合金及玻璃等）的位置并輸出與工件 在視場(chǎng)中的角度位置成正比的信號(hào)。ROTA-SO ROTA-SONDE NDE TS 2006是掃描 方式工作的測(cè)量用傳感器，它對(duì)溫度高于250 C （480 F）的熱工件的紅外 輻射敏感。主要特點(diǎn)：-高靈敏度：400C/750F或250C/ 480 F 紅 外光譜：1至3頗-由自監(jiān)測(cè)功能實(shí)現(xiàn)數(shù)字式控制-無(wú)需光學(xué)調(diào)整-使 用維護(hù)方便-專為鋼鐵工業(yè)惡劣的工作環(huán)境設(shè)計(jì)，光電子電路放置于重型外殼 中（IP66）-設(shè)有空氣吹掃裝置和水冷卻系統(tǒng)-提供連接器和帶有不銹鋼辮 型編織保護(hù)層的電纜ROTA-SONDE TS 2006 -應(yīng)用典型應(yīng)用熱鋼板的對(duì)

11、中控 制和糾偏控制紅外線邊緣傳感器FR50邊緣糾偏傳感器FR50是以反射原理工 作的。發(fā)射機(jī)產(chǎn)生一束波長(zhǎng)為880nm的平行紅外線，這束紅外線被對(duì)面整齊排列 的CCD元件所接收。一個(gè)處理器評(píng)估這些信號(hào)并發(fā)送出估計(jì)好的實(shí)際位置到CAN 總線。傳感器在+ /-10mm的測(cè)量范圍內(nèi)以0.02毫米的精確度確定出紙邊位置。 光學(xué)設(shè)備只是接收平行光束從而排除了位置偏差導(dǎo)致的高度起伏。一個(gè)位向控制 器監(jiān)控鏡頭掃描污漬并反饋適當(dāng)?shù)奈蹪n信息到控制器。傳感器應(yīng)用與軍事 上一一軍用遙感技術(shù)遙感從字面上說就是從遠(yuǎn)處感覺事物。嚴(yán)格一點(diǎn)的意義上定 義為：遠(yuǎn)遠(yuǎn)地去感覺某一定對(duì)象的技術(shù)。廣義地講，遙感是不直接接觸地收集關(guān) 于某

12、一定對(duì)象的某種或某些特定的信息，從而了解這個(gè)對(duì)象的性質(zhì)。很早以前， 人們就希望從空中來觀察地球，當(dāng)時(shí)人們使用的是普通的照相機(jī)，后來發(fā)展成為 專門的航空照相機(jī)。航空攝影的技術(shù)在世界大戰(zhàn)期間獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，基于這 種照片的識(shí)別技術(shù)也得到了提高。隨著飛行器技術(shù)的提高，尤其是火箭和衛(wèi)星的 出現(xiàn)，遙感技術(shù)獲得了一個(gè)全新的平臺(tái)。現(xiàn)在，遙感技術(shù)也日新月異，成為在國(guó) 民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中不可取少的一種重要技術(shù)，尤其在軍事方面的應(yīng)用也很廣泛。遙感 中收集到的信息，就是物體發(fā)射或者被它反射的電磁波。這些電磁波包括近紫外、 紅外線、可見光、微波等。收集電磁波信息的裝置叫做傳感器。裝載傳感器的地 方，稱為平臺(tái)。遙感就是用裝

13、在平臺(tái)上的傳感器來收集（測(cè)定）由對(duì)象輻射或（和） 反射來的電磁波，再通過對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，獲得對(duì)象信息的技術(shù)。遙 感技術(shù)的迅速發(fā)展，一個(gè)重要的因素是它應(yīng)用于我們所生活的環(huán)境。人們?cè)絹碓?需要深刻地了解我們的地球，了解它的資源，了解他的變化，以便合理安排生產(chǎn) 和生活活動(dòng)。遙感主要原理注：傳感器裝載在平臺(tái)上 遙感中可以使用可見光和 近紅外區(qū)的電磁波進(jìn)行遙感，這是利用了對(duì)象的反射特性，這種方式是航空攝影 發(fā)展而來的結(jié)果，也是最為廣泛應(yīng)用的一種，在月球上觀察地球就是這樣的。另 外有兩類技術(shù)也在遙感中大顯身手。其一是使用熱紅外和熱成像技術(shù)，主要是利 用了物體的輻射特性。熱成像是與遠(yuǎn)距離測(cè)量地球表

14、面特征的溫度有關(guān)的遙感分 支。它所研究的問題小到可以探測(cè)一間屋子的熱能量泄漏，大到可以研究地球表 面的洋流。因?yàn)闇囟葘?shí)質(zhì)是地球環(huán)境中一切物理、化學(xué)和生物過程的重要控制因 素之一。因此，溫度數(shù)據(jù)在經(jīng)營(yíng)管理地球資源的活動(dòng)中必然占有極其重要的地位。 其二是利用微波遙感器進(jìn)行遙感。微波遙感分為被動(dòng)式和主動(dòng)式。主動(dòng)式的微波 遙感器主要是側(cè)視雷達(dá)。它是在50年代為軍事偵察目的而發(fā)展的。它目前的重 要應(yīng)用主要在于快速取得大片有云地區(qū)的地面資源情報(bào)數(shù)據(jù)。被動(dòng)式微波遙感器 感受的是它們視場(chǎng)內(nèi)的自然可利用的微波能量，其工作方式和熱輻射計(jì)或熱掃描 儀非常相似，但是能夠接受到的信號(hào)也比熱紅外區(qū)微弱得多，同時(shí)信號(hào)所伴隨

15、的 噪聲也大得多。因此這種信號(hào)的判釋問題也要比其他各種遙感器困難得多。但和 側(cè)視雷達(dá)一樣也有全天候的特性。依靠選擇適合的工作波長(zhǎng)，可以用它或者穿透 大氣，或者觀察大氣。通常來說，微波遙感用在大氣的各項(xiàng)數(shù)據(jù)的測(cè)量上，在海 洋學(xué)、油污探測(cè)、融雪測(cè)定等方面都有應(yīng)用。遙感在軍事科學(xué)上的應(yīng)用是顯然的， 因?yàn)榭梢赃h(yuǎn)距離地觀察目標(biāo)，而且可以獲得相對(duì)宏觀的分析數(shù)據(jù)。在軍事上，遙 感的用途大致有：首先是對(duì)目標(biāo)國(guó)家和地區(qū)的資源狀況的監(jiān)視。通過有效地監(jiān)視 資源及其變化，可以幫助確定戰(zhàn)略的目標(biāo)。其次，監(jiān)視對(duì)方軍事部署和大規(guī)模的 軍事移動(dòng)。許多軍事部署的位置信息可以通過高精度的衛(wèi)星遙感獲得，大規(guī)模的 軍事移動(dòng)也容易在遙感器上留下痕跡，這些都對(duì)于對(duì)應(yīng)國(guó)家采取相應(yīng)的措施提供 了快速而有效的信息。其次，在具體的作戰(zhàn)當(dāng)中，遙感可以幫助分析局部的地形、 資源狀況，從而幫助己方進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)的方案判斷。各種軍用衛(wèi)星的發(fā)射，也為 全方位地監(jiān)視目標(biāo)提供了基礎(chǔ)?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)作為數(shù)字化的戰(zhàn)爭(zhēng)，信息在戰(zhàn)爭(zhēng)中是