紅外傳感器的應(yīng)用

紅外傳感器的應(yīng)用2023/5/61第1頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四

紅外輻射的產(chǎn)生及其性質(zhì)紅外輻射是由于物體(固體、液體和氣體)內(nèi)部分子的轉(zhuǎn)動及振動而產(chǎn)生的。這類振動過程是物體受熱而引起的，只有在絕對零度(-273.16℃)時，一切物體的分子才會停止運動。所以在絕對零度時，沒有一種物體會發(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、飛機、動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)，但它的特點是熱效應(yīng)非常大，紅外線在真空中傳播的速度c=3×108m／s，而在介質(zhì)中傳播時，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

（9-2-1）式中，I為通過厚度為x的介質(zhì)后的通量；I0為射到介質(zhì)時的通量；e為自然對數(shù)的底；K為與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。金屬對紅外輻射衰減非常大，一般金屬材料基本上不能透過紅外線；大多數(shù)的半導(dǎo)體材料及一些塑料能透過紅外線；液體對紅外線的吸收較大，例如厚l(mm)的水對紅外線的透明度很小，當(dāng)厚度達(dá)到lcm時，水對紅外線幾乎完全不透明了；氣體對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，它對波長為1～5μm，8～14μm之間的紅外線是比較透明的，對其他波長的透明度就差了。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，都會引起對紅外輻射的散射。實踐證明，溫度愈低的物體輻射的紅外線波長愈長。由此在工業(yè)上和軍事上根據(jù)需要有選擇地接收某一范圍的波長，就可以達(dá)到測量的目的。

2023/5/62第2頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四紅外線傳感器的類型

能把紅外輻射轉(zhuǎn)換成電量變化的裝置，稱為紅外傳感器，主要有熱敏型和光電型兩大類。

熱敏型是利用紅外輻射的熱效應(yīng)制成的，其核心是熱敏元件。由于熱敏元件的響應(yīng)時間長，一般在毫秒數(shù)量級以上。另外，在加熱過程中，不管什么波長的紅外線，只要功率相同，其加熱效果也是相同的，假如熱敏元件對各種波長的紅外線都能全部吸收的話，那么熱敏探測器對各種波長基本上都具有相同的響應(yīng)，所以稱其為“無選擇性紅外傳感器”。這類傳感器主要有熱釋電紅外傳感器和紅外線溫度傳感器兩大類。

光電型是利用紅外輻射的光電效應(yīng)制成的，其核心是光電元件。因此它的響應(yīng)時間一般比熱敏型短得多，最短的可達(dá)到毫微秒數(shù)量級。此外，要使物體內(nèi)部的電子改變運動狀態(tài)，入射輻射的光子能量必須足夠大，它的頻率必須大于某一值，也就是必須高于截止頻率。由于這類傳感器以光子為單元起作用，只要光子的能量足夠，相同數(shù)目的光子基本上具有相同的效果，因此常常稱其為“光子探測器”。這類傳感器主要有紅外二極管、三極管等。

紅外線傳感器的應(yīng)用---紅外溫度計

2023/5/63第3頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四1.紅外線輻射溫度計：紅外輻射溫度計既可用于高溫測量，又可用于冰點以下的溫度測量，所以是輻射溫度計的發(fā)展趨勢。市售的紅外輻射溫度計的溫度范圍可以從-30℃~3000℃，中間分成若干個不同的規(guī)格，可根據(jù)需要選擇適合的型號。紅外測溫儀工作原理-紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)，光電探測器，信號大器及信號處理.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，紅外能量聚焦在光電探測器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號，該信號再經(jīng)換算轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。2023/5/64第4頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四紅外測溫儀光路系統(tǒng)1－次鏡；2－主鏡；3－目鏡系統(tǒng)；4－鍺單晶濾光片；5－機械調(diào)制片；6－光電元件（熱電阻、熱電堆、光電池等）紅外測溫儀光路系統(tǒng)2023/5/65第5頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四在鍛造廠里，工件在鍛造之前需要在加熱爐內(nèi)加溫到900~C，其誤差不得超過±50C，否則會影響鍛件的質(zhì)量，所以控制鍛件的溫度是一關(guān)鍵問題。以往的辦法是由工人目測溫度，看到差不多了，把燒紅的鍛件取出放鍛錘之下進行鍛壓。而現(xiàn)在采用紅外輻射測溫計，通過加熱爐口可以直接對準(zhǔn)工件的表面，可以測量出工件的溫度，如圖所示。當(dāng)鍛件加熱到900~C時，紅外探測器便輸出電信號，啟動電動機將鍛件從加熱爐中由傳送帶送到鍛錘之下進行鍛壓加工。這樣利用紅外探測器就可以對整個工作過程實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。市售紅外測溫儀是非接觸式數(shù)字顯示儀表，它利用被測物的熱輻射來確定物體溫度，測溫范圍600℃以上。測量距離是根據(jù)被測物目標(biāo)大小來確定的，被測物目標(biāo)越大，測量距離越遠(yuǎn)。測量誤差小于量程上限的1%。

測溫儀由傳感器（探頭）和儀器箱兩部分組成，中間由五芯屏蔽電纜線連接。紅外感溫器(探頭)是一個典型的紅外測溫傳感器，它的探測元件是硅光電池，工作波段為0.65～1.1μm，感溫器之間具有互換性。儀器箱(電子信號處理器)具有十分完備的功能，除了輻射系數(shù)修正、線性化處理兩種必備的功能外，它尚有平均值、峰值、軋鋼測溫、超量程報警等八種功能可供用戶選擇采用。HBW-B型儀表廣泛用于冶金、機械等各種場合和陶瓷、玻璃等各種材料。對響應(yīng)速度快、運動物體、高溫、高壓等不能應(yīng)用接觸式(如熱電偶)測溫儀表的場合尤其有效。

2023/5/66第6頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四紅外線輻射溫度計外形激光僅用于瞄準(zhǔn)2023/5/67第7頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四紅外線輻射溫度計外形紅外線輻射溫度計用于食品溫度測量2023/5/68第8頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四紅外線輻射溫度計

在非接觸體溫測量中的應(yīng)用耳溫儀2023/5/69第9頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四紅外線輻射溫度計用于人體額溫測量2023/5/610第10頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四紅外線輻射溫度計在非接觸溫度測量中的應(yīng)用集成IC溫度測量2023/5/611第11頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四紅外線輻射溫度計在非接觸溫度測量中的應(yīng)用（續(xù)）利用紅色激光瞄準(zhǔn)被測物（冷藏牛奶和面食）2023/5/612第12頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四紅外線輻射溫度計在非接觸溫度測量中的應(yīng)用（續(xù)）利用紅色激光瞄準(zhǔn)被測物（電控柜、天花板內(nèi)的布線層）溫度采集系統(tǒng)2023/5/613第13頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四2.熱釋電傳感器在人體檢測、報警中的應(yīng)用

熱釋電元件在紅外線檢測中得到廣泛的應(yīng)用。它可用于能產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外輻射的人體檢測，如防盜門、賓館大廳自動門、自動燈的控制等。

熱釋電元件外形2023/5/614第14頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四熱釋電傳感器簡介

熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人或動物發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器。早在1938年，有人提出過利用熱釋電效應(yīng)探測紅外輻射，但并未受到重視，直到六十年代才又興起了對熱釋電效應(yīng)的研究和對熱釋電晶體的應(yīng)用。熱釋電晶體已廣泛用于紅外光譜儀、紅外遙感以及熱輻射探測器。除了在樓道自動開關(guān)、防盜報警上得到應(yīng)用外，在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。比如：在房間無人時會自動停機的空調(diào)機、飲水機；電視機能判斷無人觀看或觀眾已經(jīng)睡覺后自動關(guān)機的電路；開啟監(jiān)視器或自動門鈴上的應(yīng)用；攝影機或數(shù)碼照相機自動記錄動物或人的活動等等……

您可以根據(jù)自己的奇思妙想，結(jié)合其他電路開發(fā)出更加優(yōu)秀的新產(chǎn)品?；蜃詣踊刂蒲b置。2023/5/615第15頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四熱釋電傳感器工作原理

熱釋電晶片表面必須罩上一塊由一組平行的棱柱型透鏡所組成菲涅爾透鏡，每一透鏡單元都只有一個不大的視場角，當(dāng)人體在透鏡的監(jiān)視視野范圍中運動時，順次地進入第一、第二單元透鏡的視場，晶片上的兩個反向串聯(lián)的熱釋電單元將輸出一串交變脈沖信號。當(dāng)然，如果人體靜止不動地站在熱釋電元件前面，它是“視而不見”的。

2023/5/616第16頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四熱釋電傳感器工作原理菲涅耳(Fresnel)透鏡系統(tǒng)菲涅爾透鏡(Fresnellens)是由有機玻璃注壓而成的薄片，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，它的紋理是利用光的干涉根據(jù)相對靈敏度和接收角度要求來設(shè)計的，透鏡的要求很高，一片優(yōu)質(zhì)的透鏡必須是表面光潔，紋理清晰，其厚度一般在1mm左右，特性為面積較大，厚度薄及偵測距離遠(yuǎn)菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋電紅外信號折射（反射）在PIR（被動紅外線探測器）上，第二個作用是將探測區(qū)域內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入探測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋電紅外信號。2023/5/617第17頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四熱釋電傳感器的內(nèi)部電路熱釋電晶片場效應(yīng)管2023/5/618第18頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四菲涅爾透鏡外形

傳感器不加菲涅爾透鏡時，其檢測距離小于2m，而加上該透鏡后，其檢測距離可增加3倍以上。2023/5/619第19頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡熱釋電晶片2023/5/620第20頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四熱釋電套件2023/5/621第21頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四熱釋電報警器菲涅爾透鏡設(shè)定按鈕高分貝喇叭2023/5/622第22頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四熱釋電報警器（續(xù)）菲涅爾透鏡Φ5mm接插件2023/5/623第23頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四熱釋電報警器（續(xù)）吸頂式熱釋電報警器2023/5/624第24頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四熱釋電傳感器應(yīng)用熱釋電傳感器用于自動亮燈，當(dāng)然也可以用于防盜熱釋電傳感器的感應(yīng)范圍2023/5/625第25頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四熱釋電感應(yīng)燈熱釋電傳感器2023/5/626第26頁，