紅外線傳感器

1、 v紅外線傳感器是利用物體產(chǎn)生紅色輻射的特 性實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)的傳感器 v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)。 1、是一種不可見(jiàn)光不可見(jiàn)光。 波長(zhǎng)范圍大致在 0.751000 ，相對(duì)應(yīng)頻率大致在 HZ之間。 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(yuǎn)紅外和極遠(yuǎn)紅外。 2、紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射熱輻射。一個(gè)熾熱物體 向外輻射的能量大部分是通過(guò)紅外線輻射出來(lái)的。 物體的溫度越高，輻射出來(lái)的

2、紅外線越多，輻射能 量就越強(qiáng)。自然界中的任何物體，只要溫度在絕自然界中的任何物體，只要溫度在絕 對(duì)零度以上，都有紅外線向周圍空間輻射對(duì)零度以上，都有紅外線向周圍空間輻射（光譜光譜 中最大光熱效應(yīng)區(qū)中最大光熱效應(yīng)區(qū)）。 3、具有反射、 折射、散射、干涉、吸收等特性， 它在真空中也以光速傳播，具有明顯的波粒二相性。 4、 大氣層對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外線存在不同的吸收 帶，紅外線在通過(guò)大氣層時(shí)，有三個(gè)波段透過(guò)率高， 它們是22.6m、35 m和814 m，統(tǒng)稱它 們?yōu)椤按髿獯翱凇?。這三個(gè)波段對(duì)紅外探測(cè)技術(shù)特 別重要，因此紅外探測(cè)器(如遙感探測(cè))一般都工作 在這三個(gè)波段（大氣窗口）之內(nèi)。 v金屬對(duì)紅外輻射衰

3、減非常大，一般金屬基本 不能透過(guò)紅外線。 v氣體對(duì)紅外輻射也有不同程度的吸收。 v介質(zhì)不均勻、晶體材料的不純潔、有雜質(zhì)或 懸浮小顆粒等都會(huì)引起對(duì)紅外輻射的散射。 v實(shí)踐證明，溫度越低的物體輻射的紅外線波 長(zhǎng)越長(zhǎng)。由此在應(yīng)用中根據(jù)需要有選擇的接 受某一定范圍的波長(zhǎng)，就可以達(dá)到測(cè)量的目 的。 三、紅外輻射的基本定律三、紅外輻射的基本定律 1、希爾霍夫定律 一個(gè)物體向周圍輻射能量的同時(shí)，也 吸收周圍物體的輻射能，希爾霍夫定律指 物體的輻射發(fā)射量Er和吸收率之比與物 體的性質(zhì)無(wú)關(guān)，總等于同一溫度下絕對(duì)黑 體的輻射能量。 0 EE r Er ：物體在單位面積和單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出 來(lái)的輻射能 ：物體對(duì)輻射能

4、的吸收系數(shù) E0 ：等價(jià)于黑體在相同溫度時(shí)輻射的能量， 為常數(shù) %100 p 光能量：被物體所吸收的紅外 能量輻射到物體上的紅外光 p : 黑體：黑體：能全部吸收投射到其表面的紅外輻 射的物體。是在任何溫度下全部吸收任何 波長(zhǎng)輻射的物體，吸收本領(lǐng)與波長(zhǎng)和溫度 無(wú)關(guān)，即 =1，加熱后，發(fā)射熱輻射與比 任何物體都大。 鏡體：鏡體：能全部反射紅外輻射的物體。 透明體透明體：能全部透過(guò)紅外輻射的物體。 灰體：灰體：能部分反射或吸收紅外輻射的 物體 四、紅外傳感器四、紅外傳感器 v 用紅外線作為檢測(cè)媒介，來(lái)測(cè)量某些 非電量，這樣的傳感器叫做紅外傳感器。 v 與用可見(jiàn)光作為媒介的檢測(cè)方法相比， 紅外傳感器

5、具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)： v（1）可晝夜測(cè)量。 v（2）不必設(shè)光源。 v（3）適用于遙感技術(shù)。 由于熱釋電型紅外傳感器的輸入阻抗極高， 非常容易引入噪聲，因此最好能夠?qū)λM(jìn) 行電學(xué)屏蔽。在采用金屬封裝的情況下， 因?yàn)橥鈿そ拥?，所以本身就可以作為屏?使用，而在塑料封裝的情況下，則需要有 另外的屏蔽方法。 由于熱釋電型紅外傳感器 的輸入阻抗極高，非常容易 引入噪聲，因此最好能夠?qū)?它進(jìn)行電學(xué)屏蔽。在采用金 屬封裝的情況下，因?yàn)橥鈿?接地，所以本身就可以作為 屏蔽使用，而在塑料封裝的 情況下，則需要有另外的屏 蔽方法。 1內(nèi)接線；2氧化膜；3FZT組件； 4鋁件；5接腳； 6場(chǎng)效應(yīng)晶體管EFT；7空

6、洞 圖7.12 熱釋電型紅外傳感組件的基本結(jié)構(gòu) 圖為： 熱釋電型紅外傳感組件的等效電路 42、紅外探測(cè)器的組成 紅外探測(cè)器由光學(xué)系統(tǒng)，敏感元件，前置光學(xué)系統(tǒng)，敏感元件，前置 放大器、信號(hào)調(diào)制器放大器、信號(hào)調(diào)制器組成，光學(xué)系統(tǒng)是其 重要組成部分，根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為 反射式和透射式兩種。 （1）反射式紅外探測(cè)器 1.浸沒(méi)透鏡 2.敏感元件 3.前置放大器 4.聚乙烯薄 膜 5.次反射鏡 6. 主反射鏡 （2）透射式紅外探測(cè)器 1.光譜 2.保護(hù)窗口 3.光柵 4.透鏡 5.浸沒(méi)透鏡 6. 敏感元件 7.前置放大器 五、紅外傳感器應(yīng)用五、紅外傳感器應(yīng)用 v紅外測(cè)溫儀是利用熱輻射體在紅外波段 的輻

7、射通量來(lái)測(cè)量溫度。當(dāng)物體溫度低 于1000時(shí)，他向外輻射的不再是可 見(jiàn)光而是紅外光，可用紅外探測(cè)器檢測(cè) 其溫度 如圖，是目前最常見(jiàn)的紅外測(cè)溫儀結(jié)構(gòu)框圖。他是光、 機(jī)、電一體化的紅外測(cè)溫系統(tǒng)。圖中的光學(xué)系統(tǒng)是一個(gè) 固定焦距的透視系統(tǒng)，濾光片一般采用只允許814um的 紅外輻射能通過(guò)的材料。步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)調(diào)制盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，將 被測(cè)的紅外輻射調(diào)制成交變的紅外輻射射線。紅外探測(cè) 器一般為熱釋電探測(cè)器，透鏡的焦點(diǎn)落在 其光敏面上。被 測(cè)目標(biāo)的紅外通 過(guò)透鏡聚焦在紅 外探測(cè)器上，紅 外探測(cè)器將紅外 輻射變換為電信 號(hào)輸出。 紅外線氣體分析儀 v紅外氣體分析儀是根據(jù)氣體對(duì)紅外線 具有選擇性吸收的特性來(lái)對(duì)氣體成分 進(jìn)行分析。不同的氣體的吸收波段 v不同。 3、紅外無(wú)損探傷儀 1光源 2拋物體反射鏡 3同步電動(dòng)機(jī) 4切光片 5濾波氣室 6參比室 7測(cè)量室 8紅外探測(cè)器 9放大器 v利用紅外探測(cè)器檢查工件內(nèi)部的缺陷，也是 紅外測(cè)溫的一種應(yīng)用。而且是一種很巧妙的 應(yīng)用。例如A、B兩塊金屬板焊接在一起，其 交界是否焊接良好，有沒(méi)有漏焊的部位呢？ 如何在不使部件受任何損傷的情況下進(jìn)行檢 測(cè)呢？紅外測(cè)溫技術(shù)就能完成這樣的任務(wù)， 這就是“紅外無(wú)損探傷技術(shù)”。 v紅外無(wú)損探傷儀可以用來(lái)檢查部件內(nèi)