熱釋電紅外傳感器

關于熱釋電紅外傳感器第1頁，講稿共14頁，2023年5月2日，星期三1.紅外輻射的基本定律紅外輻射紅外輻射俗稱紅外線，它是一種不可見光，由于是位于可見光中紅色光以外的光線，故稱紅外線。它的波長范圍大致在0.5μm～103μm，紅外線在電磁波譜中的位置如圖1所示。工程上又把紅外線所占據(jù)的波段分為四部分，即近紅外、中紅外、遠紅外和極遠紅外。第2頁，講稿共14頁，2023年5月2日，星期三圖1電磁波譜圖第3頁，講稿共14頁，2023年5月2日，星期三

(1)基爾霍夫定律：處于同一溫度下的各種物體的輻射本領正比于它的吸收本領，即

M=dM0

M0

，表示輻射本領，物體在單位時間內(nèi)單位面積輻射的能量

d－－吸收系數(shù) M0－－同一溫度下黑體的輻射本領

(2)斯戒藩一玻耳茲曼定律：物體溫度越高，其輻射的能量越多。M為某物體在絕對溫度T時單位面積和單位時間內(nèi)輻射的總能量，則:M=T4

其中斯戒藩一玻耳茲曼常數(shù)；為比輻射率，值<1(3)維思位移定律。物體熱輻射的能量包括各種波長的電磁波。物體的峰值輻射波長m與物體自身的絕對溫度T成反比，即m

＝0.2987/T1.基本定律第4頁，講稿共14頁，2023年5月2日，星期三紅外探測器的類型紅外傳感器（也稱為紅外探測器）是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)的物理效應來探測紅外輻射的。紅外探測器的種類很多，按探測機理的不同，分為熱探測器和光電探測器兩大類。前者對整個紅外波段均有響應，后者僅對長波段有響應。紅外傳感器一般由光學系統(tǒng)、紅外敏感元件、測量電路、信號調(diào)理電路及顯示單元等組成。第5頁，講稿共14頁，2023年5月2日，星期三(1)光電紅外探測器

根據(jù)所產(chǎn)生的不同光電效應制成的敏感元件，可制成各種不同的光電探測器，光電探測器有光敏電阻型和光生伏特（紅外光電池）型紅外探測器兩種。①光導型紅外探測器。檢測元件：紅外光敏電阻響應的波長：紅外波段，λ＝0.8μm~幾百微米。②光生伏特型紅外探測器檢測元件：紅外光電池第6頁，講稿共14頁，2023年5月2日，星期三熱探測器熱探測器的工作機理是：利用紅外輻射的熱效應，探測器的敏感元件吸收輻射能后引起溫度升高，進而使某些有關物理參數(shù)發(fā)生相應變化，通過測量物理參數(shù)的變化來確定探測器所吸收的紅外輻射。

熱探測器主要有四類：

熱釋電型熱敏電阻型熱電阻型氣體型這里主要介紹熱釋電型探測器（2）和紅外線熱敏電阻探測器（3）。第7頁，講稿共14頁，2023年5月2日，星期三熱釋電效應：當一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的自發(fā)電極化現(xiàn)象稱為熱釋電效應，電極化強度與溫度有關。（2）熱釋電探測器自發(fā)極化電荷qsPs:自發(fā)極化強度，極化電荷密度；Ca,Ra晶體兩端面等效電容和電阻。若忽略Ra,Rl,則靜態(tài)條件下無法測量熱釋電晶體的自發(fā)極化電荷。:熱釋系數(shù)dT:絕對溫度的變化量W:紅外光的調(diào)制角頻率A:入射光照射的面積第8頁，講稿共14頁，2023年5月2日，星期三（3）紅外線熱敏電阻探測器無紅外線照射時：R=Rb,I1=I2,Uo=0受紅外線照射時：R=Rb(1+?T)=Rb+?R,其中?R＝Rb?T，由式4－28得因此輸出電壓UO與輻射能量成正比。第9頁，講稿共14頁，2023年5月2日，星期三3紅外探測器的應用HW-4紅外測溫儀，量程：0～400°C,精度1.0%，分辨率：1°C入射的紅外光經(jīng)調(diào)制盤調(diào)制成脈沖光，交變地照射到熱敏電阻R上轉變成交變的電信號，經(jīng)電容c耙合到高阻變換器的選頻放大器，最后解調(diào)為直流電壓，由三位半數(shù)字電壓板轉換成數(shù)字信號，供LED顯示被測溫度。第10頁，講稿共14頁，2023年5月2日，星期三4．5傳感器的發(fā)展趨勢有專家認為，今后我國傳感器方面的研究和發(fā)展方向應是微電子機械系統(tǒng)、汽車傳感器、環(huán)保傳感器、工業(yè)過程控制傳感器、醫(yī)療衛(wèi)生和食品業(yè)檢測傳感器、新型敏感材料等。1．結構型傳感器 高穩(wěn)定性、高可靠性和高精度2．集成傳感器小型化方向發(fā)展。傳感器本身的集成化和傳感器與后續(xù)電路的集成化第11頁，講稿共14頁，2023年5月2日，星期三3．智能傳感器概念：將傳統(tǒng)的傳感器和微處理器及相關電路組成一體化的結構。三種類型：具有判斷能力的傳感器、具有學習能力的傳感器和具有創(chuàng)造能力的傳感器。

(1)具有自校準功能。

(2)具有自補償功能。

(3)具有自診斷功能。

(4)具有數(shù)據(jù)處理能力

(5)具有雙向通信功能

(6)具有信息存儲和記憶功能

(7)具有數(shù)字信號輸出功能第12頁，講稿共14頁，2023年5月2日，星期三智能傳感器按結構分模塊式智能傳感器

集成度較高、體積較大，但比較實用混合式智能傳感器

將微處理器和信號處理電路制作在不同的芯片上，是被廣泛應用的智能傳感器類型將傳感器。集成式智能傳感器

將一個或多個敏感元件與微處理器、信號處理電