輻射式測溫詳解

輻射式測溫詳解演示文稿本文檔共142頁；當前第1頁；編輯于星期六\17點36分優(yōu)選輻射式測溫本文檔共142頁；當前第2頁；編輯于星期六\17點36分常用非接觸式測溫方法1熱輻射基本定理2光學高溫計3光電高溫計4輻射溫度計5比色溫度計上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第3頁；編輯于星期六\17點36分一、熱輻射基本定理

輻射換熱是三種基本的熱交換形式之一

波長范圍：10-3m～10-8m在低溫時，物體輻射能量很小，主要發(fā)射的是紅外線。隨著溫度的升高，輻射能量急劇增加，輻射光譜也向短的方向移動，在5000C左右時。輻射光譜包括了部分可見光；到8000C時可見光大大增加，即呈現“紅熱”；如果到30000C時，輻射光譜包括更多的短波成分，使得物體呈現“白熱”。輻射測溫的基本原理：觀察灼熱物體表面的“顏色”來大致判斷物體的溫度，這就是上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第4頁；編輯于星期六\17點36分熱輻射基本定理(1)熱輻射的重要參數(2)輻射能的分配(3)基爾霍夫定律(4)黑體輻射定律上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第5頁；編輯于星期六\17點36分(1)熱輻射的重要參數①輻射能Q以輻射的形式發(fā)射、傳播或接收的能量稱為輻射能，單位為焦耳(J)。②輻射能通量是輻射能隨時間的變化率，又稱輻射率：(6.4.1) 其單位是瓦特(W)。③輻射強度I在給定方向上的立體角單元內，離開點輻射源(或輻射源面單元)的輻射功率除以該立體角單元，稱為該方向上的輻射強度，其單位為瓦/球面度(W/sr)。上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第6頁；編輯于星期六\17點36分(1)熱輻射的重要參數④輻射出射度M離開輻射源表面一點處的面單元上的輻射能量除以該單元面積，稱為該點的輻射出射度，即(6.4.2) 輻射出射度的單位為瓦/米2(W/m2)。⑤輻射亮度L和光譜輻射亮度表面一點處的面元在給定方向上的輻射強度，除以該面元在垂直于給定方向平面上的正投影面積，稱為該方向的輻射亮度L。輻射亮度實際上包括所有波長的輻射能量。如果是輻射光譜中某一波長的輻射能量則稱為在此波長下的光譜輻射亮度。上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第7頁；編輯于星期六\17點36分(2)輻射能的分配當物體接受到輻射能量以后，根據物體本身的性質，會發(fā)生部分能量吸收、透射和反射α―吸收率；τ―透射率；ρ―反射率。上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第8頁；編輯于星期六\17點36分物體分類： 黑體（絕對黑體）： 照射到物體上的輻射能全部被吸收，既無反射也無透射。 透明體： 照射到物體上的輻射能全部透射過去，既無吸收又無反射。 鏡體、白體： 照射到物體上的輻射能全部反射出去。若物體表現平整光滑，反射具有一定規(guī)律，則該物體稱之為“鏡體”；若反射無一定規(guī)律，則該物體稱為“絕對白體”或者簡稱為“白體”。上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第9頁；編輯于星期六\17點36分在自然界中黑體、白體和透明體都是不存在的。一般固體和液體的τ值很小或等于零，而氣體的τ值較大。對于一般工程材料來講，τ＝0而α+ρ=1，稱為灰體

從傳熱學角度看，可以人為制造黑體上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第10頁；編輯于星期六\17點36分(3)基爾霍夫定律各物體的輻射出射度和吸收率的比值都相同，和物體的性質無關，是物體的溫度和發(fā)射波長的函數式中：M0(λ,T),M1(λ,T),M2(λ,T)―物體的單色(λ)輻射出射度；

α0(λ,T),α2(λ,T),α2(λ,T)―物體的單色(λ)吸收率。上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第11頁；編輯于星期六\17點36分若物體A0絕對黑體，那么α0(λ,T)，根據基氏定律物體的輻射出射度和吸收率之比等于絕對黑體在同樣的溫度下，相同波長時的輻射出射度。這是基氏定律的另一種說法。設M(λ,T)為物體A在波長為λ

，溫度為T下的輻射出射度。式中，ε稱為物體A的單色輻射率，或稱為單色黑度系數。它表明了在一定的溫度和波長下，物體A的輻射出射度與相同溫度和波長下黑體的輻射出射度之比?；鶢柣舴蚨烧f明，物體的輻射能力與它的吸收能力是相同的上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第12頁；編輯于星期六\17點36分在全波長內，任何物體的全輻射出射度等于單波長的輻射出射度在全波長內的積分式中，A(T)－物體A在溫度T下的全吸收率，

M0(T)－黑體在溫度T下的全輻射出射度。基氏定律的積分形式為它表明了在一定的溫度T下，物體A的輻射出射度與相同溫度下黑體的輻射出射度之比。一般物體的εT<1，εT越接近1,表明它與黑體的輻射能力越接近。上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第13頁；編輯于星期六\17點36分(4)黑體輻射定律①普朗克定律(單色輻射強度定律)②維恩公式③斯蒂芬－波爾茲曼定律（全輻射強度定律，也稱為四次方定律）上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第14頁；編輯于星期六\17點36分①普朗克定律(單色輻射強度定律)溫度為T的單位面積元的絕對黑體，在半球面方向所輻射的波長為λ的輻射出射度為式中，c―光速；

h―普朗克常數，6.626176×10-34J·s；

k―波爾茲曼常數，1.38066244×10-23J/K；

C1―第一輻射常數，＝3.7418×10-16W·m2；

C2―第二輻射常數，＝1.4388×10-12m·K；

T―絕對溫度。公式結構比較復雜，但是它對于低溫與高溫都是適用的上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第15頁；編輯于星期六\17點36分②維恩公式理論上說明了黑體在各種溫度下能量、波長分布的規(guī)律公式簡單，但是僅適用于不超過3000K的溫度范圍黑體的輻射本領是波長和溫度的函數，當波長一定時，黑體的輻射本領就僅僅是溫度的函數，即上式就是光學高溫計和比色高溫計測溫的理論根據

上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第16頁；編輯于星期六\17點36分③斯蒂芬－波爾茲曼定律

（全輻射強度定律，四次方定律）溫度為T的絕對黑體，單位面積元在半球方向上所發(fā)射的全部波長的輻射出射度與溫度T的四次方成正比。式中，σ―斯蒂芬－波爾茲曼常數，5.66961×10-3W/(m2·K4)。上式就是輻射式溫度計測溫的理論根據。全輻射強度定律是單色輻射強度定律在全波長內積分的結果。上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第17頁；編輯于星期六\17點36分二、光學高溫計

精密光學高溫計用于科學實驗中的精密測試；

標準光學高溫計用于量值的傳遞，例如，在物質熔點、熱容量和相變點的測定中使用。 光學高溫計可用來測量800～32000C的高溫。 由于采用用肉眼進行色度比較，所以測量誤差與人的經驗有關。 光學高溫計測量的溫度稱為亮度溫度(TL)，被測對象為非黑體時，要通過修正才能得到非黑體的真實溫度。上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第18頁；編輯于星期六\17點36分工業(yè)用光學高溫計分類隱絲式 利用調節(jié)電阻來改變高溫燈泡的工作電流，當燈絲的亮度與被測物體的亮度一致時，燈泡的亮度就代表了被測物體的亮度溫度。恒定亮度式 利用減光楔來改變被測物體的亮度，使它與恒定亮度溫度的高溫燈泡相比較，當兩者亮度相等時，根據減光楔旋轉的角度來確定被測物體的亮度溫度。由于隱絲式光學高溫計的結構和使用方法都優(yōu)于恒定亮度式，所以應用廣泛。上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第19頁；編輯于星期六\17點36分隱絲式光學高溫計光學系統(tǒng) 紅色濾波片，造成一個較窄的有效波長 吸收玻璃，目的是擴展量程 目鏡和物鏡是一套光學系統(tǒng)電測系統(tǒng)包括指示儀表、燈泡、電源和調節(jié)電阻四部分。光學高溫燈泡：標準輻射源 電源、調節(jié)電阻和指示儀表組成測量電路原理一般有電壓表式，電流表式以及不平衡電橋和平衡電橋式四種。上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第20頁；編輯于星期六\17點36分WGG2-201型光學高溫計1－物鏡；2－吸收玻璃；3－燈泡；4－紅色濾波片；5－目鏡；6－指示儀器；7－滑線電阻；E－電源；K－開關；R1－刻線調整電阻上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第21頁；編輯于星期六\17點36分亮度溫度 為了校正光學高溫計測量非黑體的溫度比真實溫度偏低的偏差。定義：當被測物體為非黑體，在同一波長下的光譜輻射亮度同絕對黑體的光譜輻射亮度相等時，則黑體的溫度稱為被測物體在波長為λ時的亮度溫度。左邊為非黑體光譜輻射亮度，右邊為黑體的光譜輻射亮度上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第22頁；編輯于星期六\17點36分根據維恩公式有對上式兩邊取對數，并加以整理，得式中，ελT―被測物體在溫度為T，波長為時的單色黑度系數；

T―被測物體的真實溫度；

TL―被測物體的亮度溫度。已知物體的單色黑度系數，就可以通過亮度溫度求出物體的真實溫度。上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第23頁；編輯于星期六\17點36分三、光電高溫計光學高溫計是由人工操作來完成亮度平衡工作的，其測量結果帶有操作者的主觀誤差。它不能進行連續(xù)測量和記錄，當被測溫度低于8000C時，光學高溫計對亮度無法進行平衡。光電高溫計是在光學高溫計測量理論的基礎上發(fā)展起來的一種新型測溫儀表。它采用新型的光電器件，自動進行平衡，達到連續(xù)測量的目的。上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第24頁；編輯于星期六\17點36分本文檔共142頁；當前第25頁；編輯于星期六\17點36分主要特點：①采用光敏電阻或者光電池作為感受輻射源的敏感元件來代替人眼的觀察；②采用一參考輻射源與被測物體進行亮度比較，由光敏元件和電子放大器組成鑒別和調整環(huán)節(jié)，使參考輻射源在選定的波長范圍內的亮度自動跟蹤被測物體的輻射亮度，當達到平衡時即可得到測量值；③在平衡式測量方式中，光敏元件只起指零作用，它的特性如有變化，對測量結果影響較小，參考輻射源選用鎢絲燈泡，能保持較高的穩(wěn)定性，因此具有較高的精度和連續(xù)測量的特性；④設計了手動值修正環(huán)節(jié)，可顯示物體的真實溫度；⑤采用新型光敏元件，測量范圍寬，約為200～16000C。上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第26頁；編輯于星期六\17點36分WDL-31型光電高溫計的工作原理1－物鏡；2－同步信號發(fā)生器；3－調制鏡；4－微電機；5－反光鏡；6－聚光鏡；7－參比燈；8－探測元件上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第27頁；編輯于星期六\17點36分(1)瞄準光路由物鏡對0.5m～處被測物體調焦成像在分劃板上。通過目鏡組可清晰地觀察到被測物體的瞄準部位1－調制鏡；2－微電機；3－反光鏡；4－可變光闌；5－聚光鏡組；6－參比燈；7-目鏡組8、9-保護窗；10－物鏡；11-入射光瞳；12-衰減玻璃；13－探測元件；14-濾光片；15-保護光闌；16-分劃板；17－透鏡玻璃；18-出射光闌；19-保護玻璃上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第28頁；編輯于星期六\17點36分(2)工作原理為了減少硅光電池性能參數的變化及電源電壓波動對測量結果的影響，WDL型光電高溫計采用負反饋原理進行工作。

首先利用硅光電池將被測對象與標準燈泡的亮度分別轉換為電信號，再經放大或送往檢測系統(tǒng)進行測量、比較。當兩個電信號之差等于零，即說明被測對象與標準燈泡的光譜輻射亮度LA.和LB相等,則標準燈泡的亮度溫度即為被測對象的亮度溫度。本文檔共142頁；當前第29頁；編輯于星期六\17點36分四、輻射溫度計根據全輻射強度定理，即物體的總輻射強度與物體溫度的四次方成正比的關系來進行測量的。

組成：輻射感溫器和顯示儀表兩部分 可用于測量400～20000C的高溫，多為現場安裝式結構。為適應現場高溫環(huán)境的要求，可在輻射感溫器外加裝水冷夾套。輻射高溫計測量的溫度稱為輻射溫度，被測對象為非黑體時，要通過修正才能得到非黑體的真實溫度。上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第30頁；編輯于星期六\17點36分本文檔共142頁；當前第31頁；編輯于星期六\17點36分WFT-202型輻射感溫器結構1－物鏡；2－外殼；3－補償光闌；4－座架；5－熱電堆；6－接線柱；7－穿線套；8－蓋；9－目鏡；10－校正片；11－小齒軸上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第32頁；編輯于星期六\17點36分輻射溫度 對于輻射式溫度計，它是以絕對黑體的輻射能為基準對儀器進行分度的，所以儀器測出的值稱為輻射溫度。 輻射溫度的定義：黑體的總輻射能等于非黑體的總輻射能時，此黑體的溫度即為非黑體的輻射溫度。根據全輻射強度定理，總輻射能相等，則有：因為非黑體εT<1，則TF<T因此用輻射溫度計測出的溫度要比物體的真實溫度低。上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第33頁；編輯于星期六\17點36分輻射溫度計由輻射感溫器、顯示儀表及輔助裝置構成，其工作原理：被測物體的熱輻射能量，經物鏡聚集在熱電堆（由一組微細的熱電偶串聯而成）上并轉換成熱電勢輸出，其值與被測物體的表面溫度成正比，用顯示儀表進行指示記錄。本文檔共142頁；當前第34頁；編輯于星期六\17點36分五、比色溫度計

原理：通過測量熱輻射體在兩個或兩個以上波長的光譜輻射亮度之比來測量溫度。

特點：準確度高，響應快，可觀察小目標(最小可到2mm)。 因為實際物體的單色黑度系數和全輻射黑度系數的數值相差很大，但是對同一物體的不同波長的單色黑度系數和來說，其比值的變化卻很小。所以用比色溫度計測得的溫度稱為比色溫度，它與物體的真實溫度很接近，一般可以不進行校正。上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第35頁；編輯于星期六\17點36分比色溫度計本文檔共142頁；當前第36頁；編輯于星期六\17點36分比色溫度計原理結構上一頁下一頁返回本文檔共142頁；當前第37頁；編輯于星期六\17點36分§8.2光電檢測技術本文檔共142頁；當前第38頁；編輯于星期六\17點36分1.光敏電阻(LDR)WhenLDRwasexposedtolight,itgotalowerresistancevalue,thephenomenoniscalledInternalphotoelectriceffect(內光電效應)(當光敏電阻受到光照時，阻值減小。)本文檔共142頁；當前第39頁；編輯于星期六\17點36分

DemoofLDR當光敏電阻(LDR)受到光照時，光生電子—空穴對增加，阻值減小，電流增大。暗電流(Darkcurrent)（越小越好）本文檔共142頁；當前第40頁；編輯于星期六\17點36分2.光敏二極管

將光敏二極管的PN結設置在透明管殼頂部的正下方，光照射到光敏二極管的PN結時，電子-空穴對數量增加，光電流（lightcurrent）與照度（illuminationintensity)成正比。本文檔共142頁；當前第41頁；編輯于星期六\17點36分不同的外部形式的光敏二極管光敏二極管陣列本文檔共142頁；當前第42頁；編輯于星期六\17點36分

光敏二極管的反向偏置接法

在沒有光照時，由于二極管反向偏置，所以反向電流很小，這時的電流稱為暗電流，相當于普通二極管的反向飽和漏電流。當光照射在二極管的PN結（又稱耗盡層）上時，在PN結附近產生的電子-空穴對數量也隨之增加，光電流也相應增大，光電流與照度成正比。

本文檔共142頁；當前第43頁；編輯于星期六\17點36分演示的反向偏壓連接光敏二極管和光電特性

在沒有光照時，由于二極管反向偏置，反向電流（暗電流）很小。

當光照增加時，光電流IΦ與光照度成正比關系。

BackwardbiasconnectionofphotosensitivediodeUO+—

light本文檔共142頁；當前第44頁；編輯于星期六\17點36分3.PhotosensitiveTriode(光敏三極管)

光敏三極管有兩個PN結。與普通三極管相似，有電流增益，靈敏度比光敏二極管高。多數光敏三極管的基極沒有引出線，只有正負（c、e）兩個引腳，所以其外型與光敏二極管相似，從外觀上很難區(qū)別。)

本文檔共142頁；當前第45頁；編輯于星期六\17點36分ExternalformsofPhotosensitiveTriodes

(光敏三極管外形

)本文檔共142頁；當前第46頁；編輯于星期六\17點36分InternalstructureofPhotosensitiveTriodes(光敏三極管內部結構)

a)

internalstructureb)管芯結構c）結構簡化圖

1—pinofcollectorjunction(集電極引腳)7—N-typecollectorregion(N型集電區(qū))

2—管芯8—SiO2保護圈

3—shell(外殼)9—collectorjunction(集電結)4—collectingglassmirror(玻璃聚光鏡)10—P-typebaseregion(P型基區(qū))5—pinofemitterjunction(發(fā)射極引腳)11—(N-typeemitterregion)N型發(fā)射區(qū)

6—N+substrate(N+襯底)12—emitterjunction(發(fā)射結)

本文檔共142頁；當前第47頁；編輯于星期六\17點36分Photoelectriccharacteristic0Light

photocurrent(光電流)PhotosensitiveTriode(光敏三極管)Photosensitivediode(光敏二極管)3000lx4mA請判斷靈敏度的高低0.3mA請計算當E=100lx時，光敏二極管的光電流IΦ

IΦE本文檔共142頁；當前第48頁；編輯于星期六\17點36分4.Photoelectriccomponent（光電元件)basedonphotovoltaiceffect

（光生伏特效應）

——photocell(光電池)

在N型襯底(substrate)上制造一薄層P型層作為光照敏感面，就構成最簡單的光電池。當入射光子(incidentphoton)的能量足夠大時，P型區(qū)每吸收一個光子就產生一對光生電子—空穴對，光生電子—空穴對的的擴散運動使電子通過漂移運動被拉到N型區(qū)，空穴留在P區(qū)，所以N區(qū)帶負電，P區(qū)帶正電。如果光照是連續(xù)的，經短暫的時間，PN結兩側就有一個穩(wěn)定的光生電動勢輸出。

本文檔共142頁；當前第49頁；編輯于星期六\17點36分ExternalformsofphotocellsPhotosensitivesurface本文檔共142頁；當前第50頁；編輯于星期六\17點36分能提供較大電流的大面積光電池外形本文檔共142頁；當前第51頁；編輯于星期六\17點36分OtherphotocellsandApplicationinilluminationintensitymeasuring(其他光電池及在照度測量中的應用)柔光罩下面為圓形光電池本文檔共142頁；當前第52頁；編輯于星期六\17點36分Photocell---Applicationinpower-relatedfield(光電池在動力方面的應用)Solar-poweredcars(太陽能賽車）Amodelofsolar-poweredmotor太陽能電動機模型Solarsiliconphotocellpanels(太陽能硅光電池板)本文檔共142頁；當前第53頁；編輯于星期六\17點36分Photocell---Applicationinpower-relatedfield(光電池在動力方面的應用)Solarelectricalenergygeneration(太陽能發(fā)電）本文檔共142頁；當前第54頁；編輯于星期六\17點36分Photocell---Applicationinpower-relatedfield(光電池在動力方面的應用)Applicationinman-madesatellites本文檔共142頁；當前第55頁；編輯于星期六\17點36分Photoelectriccharacteristicofphotocell

光電池的光電特性

photoelectriccharacteristicsofatypicalsiliconphotocell(硅光電池）

1—curveofopencircuitvoltage2—curveofshortcircuitcurrentOpencircuitvoltage(開路電壓)beingalogarithmicperformanceShortcircuitcurrent(短路電流)beinga

linearperformance本文檔共142頁；當前第56頁；編輯于星期六\17點36分II.Applicationcircuitofphotoelectriccomponent

(光電元件的基本應用電路

)1.Basicapplicationcircuitofphotosensitiveresistor(光敏電阻的基本應用電路)

a）UＯ與光照變化趨勢相同的電路b）UＯ與光照變化趨勢相反的電路

本文檔共142頁；當前第57頁；編輯于星期六\17點36分2.Applicationcircuitofphotocell

——shortcircuitcurrentmeasuringcircuitof

photocell(光電池短路電流測量電路)

outputvoltageUoisproportionaltophotocurrentIΦinI/Uchange-overcircuit.

轉換電路的輸出電壓Uo與光電流IΦ成正比。若光電池用于微光測量時，IΦ可能較小，則應增加一級放大電路，并在第二級使用電位器RP微調總的放大倍數。

本文檔共142頁；當前第58頁；編輯于星期六\17點36分Applicationofphotoelectricsensor

(光電傳感器的應用)

1.光源本身是被測物的應用實例光的照度E的單位是lx（勒克斯），它是常用的光度學單位之一，它表示受照物體被照亮程度的物理量，可以用照度計（Illuminometer)來測量。光電池（外加柔光罩）本文檔共142頁；當前第59頁；編輯于星期六\17點36分

Infraredradiationthermometer

(紅外線輻射溫度計)

Infraredradiationthermometercanbeusedformeasuringhightemperatureaswellaslowtemperaturebelowthefreezingpoint,itisthedevelopmentaltendencyofradiationthermometer.Infraredradiationthermometersonsalecanmeasurethetemperaturebetweenminus30degreesCelsiusand3000degreesCelsius,manyspecificationsareprovidedandyoucanchoosetherighttypeaccordingtoyourrequest.(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，可根據需要選擇適合的型號。）本文檔共142頁；當前第60頁；編輯于星期六\17點36分Eternalformsofinfraredradiationthermometers

(紅外線輻射溫度計外形)

laser

(激光）

is

onlyusedforaiming本文檔共142頁；當前第61頁；編輯于星期六\17點36分Eternalformsofinfraredradiationthermometers

(紅外線輻射溫度計外形)

usedtomeasurefoodstemperature本文檔共142頁；當前第62頁；編輯于星期六\17點36分Infraredradiationthermometer

--applicationsinnon-contactbodytemperature

measuring(非接觸體溫測量中的應用）耳溫儀本文檔共142頁；當前第63頁；編輯于星期六\17點36分

Infraredradiationthermometer

--Applicationinmeasuringforehead

temperature紅外輻射溫度計本文檔共142頁；當前第64頁；編輯于星期六\17點36分

Infraredradiationthermometer--Applicationin

non-contacttemperature

measuring(非接觸溫度測量中的應用）集成IC溫度測量本文檔共142頁；當前第65頁；編輯于星期六\17點36分利用紅色激光瞄準被測物（冷藏牛奶和面食）本文檔共142頁；當前第66頁；編輯于星期六\17點36分利用紅色激光瞄準被測物（電控柜、天花板內的布線層）Temperatureacquisitionsystem(溫度采集系統(tǒng))本文檔共142頁；當前第67頁；編輯于星期六\17點36分(2)Pyroelectricopticaltransducer

（熱釋電傳感器)

---Applicationinbodydetectionandalarm

systems熱釋電元件在紅外線檢測中得到廣泛的應用。它可用于能產生遠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。

熱釋電元件外形本文檔共142頁；當前第68頁；編輯于星期六\17點36分Pyroelectricopticaltransducer（熱釋電傳感器）

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的研究和對熱釋電晶體的應用。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、防盜報警上得到應用外，在更多的領域得到應用。比如：在房間無人時會自動停機的空調機、飲水機；電視機能判斷無人觀看或觀眾已經睡覺后自動關機的電路；開啟監(jiān)視器或自動門鈴上的應用；攝影機或數碼照相機自動記錄動物或人的活動等等……

本文檔共142頁；當前第69頁；編輯于星期六\17點36分InteriorcircuitofpyroelectricopticaltransducerSeries-opposingconnection(反向串聯）

oftwopyroelectricopticalmicro-chips.(兩塊反向串聯的熱釋電晶片)Field-effecttube(場效應管)本文檔共142頁；當前第70頁；編輯于星期六\17點36分Operationalprincipleofpyroelectricopticaltransducer(熱釋電傳感器工作原理)熱釋電晶片(pyroelectricopticalmicro-chips)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(Fresnellens)，每一透鏡單元都只有一個不大的視場角(angleoffield)，當人體在透鏡的監(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的熱釋電單元將輸出一串交變脈沖信號(agroupofACpulsesignals)。當然，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。

本文檔共142頁；當前第71頁；編輯于星期六\17點36分ExternalformofFresnellens(菲涅爾透鏡)

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。本文檔共142頁；當前第72頁；編輯于星期六\17點36分Pyroelectricopticalkit本文檔共142頁；當前第73頁；編輯于星期六\17點36分PyroelectricopticalAlarm(熱釋電報警器)

Fresnellens設定按鈕高分貝喇叭本文檔共142頁；當前第74頁；編輯于星期六\17點36分Pyroelectricopticalalarm(熱釋電報警器)

（續(xù)）

FresnellensΦ5mm接插件本文檔共142頁；當前第75頁；編輯于星期六\17點36分pyroelectricopticalalarm(熱釋電報警器)（續(xù)）

ceiling-mountedpyroelectricopticalalarm(吸頂式熱釋電報警器)本文檔共142頁；當前第76頁；編輯于星期六\17點36分Applicationofpyroelectricopticaltransducer熱釋電傳感器用于自動亮燈，當然也可以用于防盜熱釋電傳感器的感應范圍本文檔共142頁；當前第77頁；編輯于星期六\17點36分Pyroelectricopticalsenselight(熱釋電感應燈)Pyroelectricopticaltransducer本文檔共142頁；當前第78頁；編輯于星期六\17點36分Automaticsenselight(自動感應燈)

（參考施特朗公司資料）本文檔共142頁；當前第79頁；編輯于星期六\17點36分Pyroelectricopticaltransducer---applicationin

intelligentair-conditioner

智能空調能檢測出屋內是否有人，微處理器據此自動調節(jié)空調的出風量，以達到節(jié)能的目的。

空調中，熱釋電傳感器的菲涅爾透鏡做成球形狀，從而能感受到屋內一定空間角范圍里是否有人，以及人是靜止著還是走動著。上下范圍左右范圍本文檔共142頁；當前第80頁；編輯于星期六\17點36分OperationalprincipleofphotoelectricNephelometer(光電式濁度計)1—constantcurrentsource(恒流源)5—watersampletobemeasured(被測水樣)

2—semiconductorlaser(半導體激光器)6、9—photocell(光電池）3—半反半透鏡

7、10—I/Uconverter(電流/電壓轉換器)

4—reflectingmirror(反射鏡)8—standardwatersample(標準水樣)

參比通道

本文檔共142頁；當前第81頁；編輯于星期六\17點36分

2.smokedetector/alarm

（參考南京千里通公司無線煙霧報警器資料）

無煙霧時，光敏元件接收到LED發(fā)射的恒定紅外光。而在火災發(fā)生時，煙霧進入檢測室，遮擋了部分紅外光，使光敏三極管的輸出信號減弱，經閥值判斷電路后，發(fā)出報警信號。

smoke報警本文檔共142頁；當前第82頁；編輯于星期六\17點36分Internalstructureofwirelesssmokedetector

(無線煙霧報警器內部結構)

可發(fā)出高分貝笛鳴聲的蜂鳴器(buzzer)本文檔共142頁；當前第83頁；編輯于星期六\17點36分無線火災煙霧傳感器無線火災煙霧傳感器可以固定在墻體或者天花板上。它內部使用一節(jié)9伏層疊電池供電，工作在警戒狀態(tài)時，工作電流僅為15微安，報警發(fā)射時工作電流為20毫安。當探測到初期明火或者煙霧達到一定濃度時，傳感器的報警蜂鳴器立即發(fā)出90分貝的連續(xù)報警，工作指示燈快速連續(xù)閃爍，無線發(fā)射器發(fā)出無線報警信號，通知遠方的接收主機，將報警信息傳遞出去。無線發(fā)射器的報警距離在空曠地可以達到200米，在有阻擋的普通家庭環(huán)境中可以達到20米。本文檔共142頁；當前第84頁；編輯于星期六\17點36分3被測物體反射光通量(Luminousflux)的應用實例

(1)反射式煙霧報警器

(reflexsmokedetector)在沒有煙霧時，由于紅外對管相互垂直，煙霧室內又涂有黑色吸光材料，所以紅外LED發(fā)出的紅外光無法到達紅外光敏三極管。當煙霧進入煙霧室后，煙霧的固體粒子對紅外光產生漫反射（diffusereflection)（圖中只畫出幾個微粒的反射示意），使部分紅外光到達光敏三極管，有光電流輸出。本文檔共142頁；當前第85頁；編輯于星期六\17點36分

(2)photoelectrictachometer(光電式轉速表)

光電式轉速表屬于反射式光電傳感器，它可以在距被測物數十毫米外非接觸地測量其轉速。

n=60(f/z)

本文檔共142頁；當前第86頁；編輯于星期六\17點36分水泵轉速測量本文檔共142頁；當前第87頁；編輯于星期六\17點36分Externalformofphotoelectrictachometer本文檔共142頁；當前第88頁；編輯于星期六\17點36分(3)色標傳感器

色飽和圖(colorsaturation)色標傳感器常用于檢測特定色標或物體上的斑點，它是通過與非色標區(qū)相比較來實現色標檢測，而不是直接測量顏色。人眼對各色光的敏感程度本文檔共142頁；當前第89頁；編輯于星期六\17點36分產品包裝色彩檢測、分選本文檔共142頁；當前第90頁；編輯于星期六\17點36分（4）光電自動門Photoelectricsensorofautomaticdoor(自動門光電傳感器)放大圖有效檢測區(qū)域本文檔共142頁；當前第91頁；編輯于星期六\17點36分4被測物遮擋光通量的應用實例

（1）光電式帶材跑偏檢測器

光電傳感器帶材走偏時，邊緣經常與傳送機械發(fā)生碰撞，易出現卷邊，造成廢品。

當帶材處于正確位置（中間位置）時，放大器輸出電壓Uo為零；當帶材左偏時，遮光面積減小，輸出電壓反映了帶材跑偏的方向及大小。

本文檔共142頁；當前第92頁；編輯于星期六\17點36分光電開關在流水線(productionline)上的應用送料器定區(qū)域式光電開關Coffeecan流水線運行方向罐裝高度檢測儲料倉(bunker)落料口遮斷式光電開關（計數）本文檔共142頁；當前第93頁；編輯于星期六\17點36分定區(qū)域反射式光電開關原理定區(qū)域式光電開關有一個非常確定的檢測區(qū)域（detectingarea)，不經過該區(qū)域的被測物體不會引起光電開關產生開關信號。檢測距離檢測距離本文檔共142頁；當前第94頁；編輯于星期六\17點36分反射型光電開關及反射鏡外形三角反射鏡集發(fā)射、接收器于一身本文檔共142頁；當前第95頁；編輯于星期六\17點36分反射鏡反射型光電開關工作原理反射鏡反射型光電開關集光發(fā)射器和光接受器于一體，與反射鏡相對安裝配合使用。反射鏡使用偏光三角棱鏡，能將發(fā)射器發(fā)出的光轉變成偏振光反射回去，光接收器表面覆蓋一層偏光透鏡，只能接受反射鏡反射回來的偏振光。反射板反射鏡(reflector)被測物體偏振光(polarizedlight)發(fā)射光(emittedlight)本文檔共142頁；當前第96頁；編輯于星期六\17點36分被測物漫反射型光電開關原理漫反射光線(rayofdiffusereflection)反射光線(Reflectionray)被檢測物體光發(fā)射器(lightemitter)和光接受器(lightreceiver)發(fā)射光線(rayofincidentlight)

漫反射型光電開關集光發(fā)射器和光接受器于一體。當被測物體經過該光電開關時，發(fā)射器發(fā)出的光線經被測物體表面反射由接受器接受，于是產生開關信號。額定距離(nominaldistance)本文檔共142頁；當前第97頁；編輯于星期六\17點36分智能化光電開關的自學習過程示意圖閾值開關學習指示燈設定距離安裝距離本文檔共142頁；當前第98頁；編輯于星期六\17點36分表面反射率(surfacealbedo)對于漫反射式光電開關發(fā)出的光線需要被檢測物表面將足夠的光線反射回接收器，所以檢測距離和被檢測物體的表面反射率及粗糙程度將決定接收器接收到光線強度，被檢測物體的表面還應盡量垂直于光電開關的發(fā)射光線。本文檔共142頁；當前第99頁；編輯于星期六\17點36分Applicationofphotoelectricswitch(光電開關應用)（續(xù)）透明度測量、控制質量檢測本文檔共142頁；當前第100頁；編輯于星期六\17點36分Applicationofphotoelectricswitch(光電開關應用)（續(xù)）加工控制本文檔共142頁；當前第101頁；編輯于星期六\17點36分Applicationofphotoelectricswitch(光電開關應用)（續(xù)）機械手定位本文檔共142頁；當前第102頁；編輯于星期六\17點36分Applicationofphotoelectricswitch(光電開關應用)（續(xù)）商標方向檢測本文檔共142頁；當前第103頁；編輯于星期六\17點36分（4）光電斷續(xù)器(photoelectricinterrupter)光電斷續(xù)器可分為遮斷型和反射型兩種。遮斷型光電斷續(xù)器也稱為槽式光電開關，通常是標準的U字型結構。其發(fā)射器和接收器做在體積很小的同一塑料殼體中，分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，兩者能可靠地對準，為安裝和使用提供了方便。當被檢測物體經過U型槽且阻斷光軸時，光電開關就產生表示檢測到的開關量信號。槽式光電開關比較可靠，較適合高速檢測。本文檔共142頁；當前第104頁；編輯于星期六\17點36分反射式光電斷續(xù)器光電斷續(xù)器是較便宜、簡單、可靠的光電器件。它廣泛應用于自動控制系統(tǒng)、生產流水線、機電一體化設備、辦公設備和家用電器中。光電斷續(xù)器的發(fā)光二極管可以直接用直流電驅動，亦可用40kHz尖脈沖電流驅動；紅外LED的正向壓降約為1.1~1.3V，驅動電流控制在20mA以內。本文檔共142頁；當前第105頁；編輯于星期六\17點36分光電斷續(xù)器外形本文檔共142頁；當前第106頁；編輯于星期六\17點36分光電斷續(xù)器外形（續(xù)）紅色光柱本文檔共142頁；當前第107頁；編輯于星期六\17點36分

齒盤每轉過一個齒，光電斷續(xù)器就輸出一個脈沖。通過脈沖頻率的測量或脈沖計數，即可獲得齒盤轉速和角位移。Applicationofphotoelectricinterruptern本文檔共142頁；當前第108頁；編輯于星期六\17點36分

當工件經過光電斷續(xù)器時，接收器即產生一個計數脈沖。Applicationofphotoelectricinterrupter（續(xù)）本文檔共142頁；當前第109頁；編輯于星期六\17點36分光電傳感器的其他用途（續(xù)）斷裂檢測電梯自動運行條件判斷本文檔共142頁；當前第110頁；編輯于星期六\17點36分本文檔共142頁；當前第111頁；編輯于星期六\17點36分一、Halleffectsensor

Inthischapter,wewilllearntheworkingtheoryofHalleffectsensor,thecharacteristicofHalleffectsensoranditsapplications.A4-portHalleffectcomponent§8.3霍爾檢測技術本文檔共142頁；當前第112頁；編輯于星期六\17點36分Structureandworkingtheory

ofHalleffectcomponent

TheHalleffectconsistsofthegenerationofadifferenceinelectricpotentialacrossacurrent-carryingconductororsemiconductorwhileinamagneticfieldperpendiculartothecurrent.EdwinH.Halldiscoveredthiseffectingoldin1879.

磁感應強度B為零時的情況cdabUH=0本文檔共142頁；當前第113頁；編輯于星期六\17點36分

IncreasetheappliedmagneticfieldB,theHallvoltageUHincreases.UH=KHIB

i:primarycurrent.

UH本文檔共142頁；當前第114頁；編輯于星期六\17點36分DemoofHalleffect當磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲力(LorentzForce)的作用，向內側偏移，在半導體薄片c、d方向的端面之間建立起霍爾電勢(Hallelectricpotential)cdabUH本文檔共142頁；當前第115頁；編輯于星期六\17點36分磁場不垂直于霍爾元件時的霍爾電動勢

若磁感應強度B不垂直于霍爾元件，而是與其法線成某一角度

時，實際上作用于霍爾元件上的有效磁感應強度是其法線方向（與薄片垂直的方向）的分量，即Bcos，這時的霍爾電勢為

UH=KHIBcos

結論：霍爾電勢與輸入電流I、磁感應強度B成正比，且當B的方向改變時，霍爾電勢的方向也隨之改變。如果所施加的磁場為交變磁場，則霍爾電勢為同頻率的交變電勢。

本文檔共142頁；當前第116頁；編輯于星期六\17點36分霍爾元件的主要外特性參數

最大磁感應強度BM

上圖所示霍爾元件的線性范圍是負的多少高斯至正的多少高斯？（1T=10000G）線性區(qū)本文檔共142頁；當前第117頁；編輯于星期六\17點36分霍爾元件的主要外特性參數（續(xù)）

最大激勵電流IM:由于霍爾電勢隨激勵電流增大而增大，故在應用中總希望選用較大的激勵電流。但激勵電流增大，霍爾元件的功耗增大，元件的溫度升高，從而引起霍爾電勢的溫漂增大，因此每種型號的元件均規(guī)定了相應的最大激勵電流，它的數值從幾毫安至十幾毫安。

本文檔共142頁；當前第118頁；編輯于星期六\17點36分II.HalleffectIC(霍爾集成電路)

霍爾集成電路可分為線性型(linear)和開關型(on-off)兩大類。線性型集成電路是將霍爾元件和恒流源、線性差動放大器等做在一個芯片上，輸出電壓為伏級，比直接使用霍爾元件方便得多。較典型的線性型霍爾器件如UGN3501等。線性型三端霍爾集成電路本文檔共142頁；當前第119頁；編輯于星期六\17點36分線性型霍爾特性右圖示出了具有雙端差動輸出特性的線性霍爾器件的輸出特性曲線。當磁場為零時，它的輸出電壓等于零；當感受的磁場為正向（磁鋼的S極對準霍爾器件的正面）時，輸出為正；磁場反向時，輸出為負。請畫出線性范圍本文檔共142頁；當前第120頁；編輯于星期六\17點36分開關型霍爾集成電路開關型霍爾集成電路是將霍爾元件、穩(wěn)壓電路、放大器、施密特觸發(fā)器、OC門（集電極開路輸出門）等電路做在同一個芯片上。當外加磁場強度超過規(guī)定的工作點時，OC門由高阻態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)，輸出變?yōu)榈碗娖剑划斖饧哟艌鰪姸鹊陀卺尫劈c時，OC門重新變?yōu)楦咦钁B(tài)，輸出高電平。較典型的開關型霍爾器件如UGN3020等。本文檔共142頁；當前第121頁；編輯于星期六\17點36分開關型霍爾集成電路的外形及內部電路OC門施密特觸發(fā)電路雙端輸入、單端輸出運放霍爾元件.Vcc本文檔共142頁；當前第122頁；編輯于星期六\17點36分CharacteristicofOn-offHallIC(開關型霍爾集成電路的史密特輸出特性)

磁滯（回差）（hysteresis)越大，抗振動干擾能力就越強。

當磁鐵從遠到近地接近霍爾IC，到多少特斯拉時輸出翻轉？當磁鐵從近到遠地遠離霍爾IC，到多少特斯拉時輸出再次翻轉？回差為多少特斯拉？相當于多少高斯（Gs）？本文檔共142頁；當前第123頁；編輯于星期六\17點36分I