第10章_輻射式測溫

1、第八章第八章 非接觸測量非接觸測量第八章第八章 非接觸測量非接觸測量上一頁下一頁返 回 高溫測量中應用最廣泛，主要應用行業(yè)為冶金、鑄造、熱處理以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工業(yè)生產過程中。 任何物體處于絕對零度以上時，都會以一定波長電磁波的形式向外輻射能量。輻射式測溫儀表就是利用物體的輻射能量隨其溫度而變化的原理制成的。 測量時，只需把溫度計光學接收系統(tǒng)對準被測物體，而不必與物體接觸，因此可以測量運動物體的溫度并不會破壞物體的溫度場。此外，由于感溫元件只接收輻射能，不必達到被測物體的實際溫度，從理論上講，它沒有上限，可以測量高溫。 非接觸測溫儀表分類：光學高溫計、輻射式溫度計第八章第八章 非接觸測

2、量非接觸測量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 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 輻射換熱是三種基本的熱交換形式之一波長范圍：10-3m10-8m 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(xiàn)“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(xiàn)“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 回第八章第八章 非接觸測量非接

3、觸測量(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 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量輻射能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)。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)。 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)。dtdQ上一頁下一頁返 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量輻射出射度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

4、出射度，即 (6.4.2)輻射出射度的單位為瓦/米2(W/m2)。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。dSdM上一頁下一頁返 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 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 RDAQQQQQQQQQQRDA1吸收率； 透射率； 反射率。 上一頁下一頁返 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 黑體（絕對黑體）：照射到物體上的輻射

5、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(xiàn)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 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 在自然界中黑體、白體和透明體都是不存在的。一般固體和液體的值很小或等于零，而氣體的值較大。對于一般工程材料來講， 0而+ =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 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 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

6、關，是物體的溫度和發(fā)射波長的函數 ),(.),(),(),(),(),(),(221100TfTTMTTMTTM式中：M0(,T), M1(,T), M2(,T) 物體的單色()輻射出射度； 0(,T), 2(,T) , 2(,T) 物體的單色()吸收率。上一頁下一頁返 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 若物體A0絕對黑體，那么0(,T) ，根據基氏定律 ),(.),(),(),(),(02211TMTTMTTM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(,T)為物體A在波長為 ，溫度為T下的輻射出射度。 ),(),(),

7、(),(0TTTMTM式中，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。 基爾霍夫定律說明，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 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量在全波長內，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 )()(),()(),(),(),()(000000TMTAdTMTAdTMTdTMTM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?；隙傻姆e分形式為 TTATMTM)()()(0它表明了在一定的溫度T下，物體

8、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T1， T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 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 普朗克定律(單色輻射強度定律) 維恩公式 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 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量溫度為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的輻射出射度為1511520) 1() 1(2),(2TCTkhceCehcTM式中，c光速； h普朗克常數，6.62617610-34Js； k波爾茲曼常數，1.3806624410-23J/K； C1第一輻射常數，3.7418

9、10-16Wm2； C2第二輻射常數，1.438810-12mK； 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 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 理論上說明了黑體在各種溫度下能量、波長分布的規(guī)律 TCeCTM2510),(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)(),(0TfTM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 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 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

10、成正比。 0443245151000152) 1(),()(2TThckdeCdTMTMTC式中，斯蒂芬波爾茲曼常數，5.6696110-3W/(m2K4)。 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 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量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80032000C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

11、非黑體的真實溫度。上一頁下一頁返 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量隱絲式利用調節(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 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 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

12、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 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量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 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量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時的亮度溫度。)(00LTTTTLL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

13、頁返 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量根據維恩公式有LTCTCTee22對上式兩邊取對數，并加以整理，得TLCTT1ln112式中，T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 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 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，

14、自動進行平衡，達到連續(xù)測量的目的。 上一頁下一頁返 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量第八章第八章 非接觸測量非接觸測量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；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；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；設計了手動值修正環(huán)節(jié)，可顯示物體的真實溫度；采用新型光敏元件，測量范圍寬，約為2

15、0016000C。上一頁下一頁返 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量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 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 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 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 為了減少硅

16、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。第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 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40020000C的高溫，多為現(xiàn)場安裝式結構。 為適應現(xiàn)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

17、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 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量第八章第八章 非接觸測量非接觸測量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 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量對于輻射式溫度計，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：44FTTT41TFTT因為非黑體T 1，則TFT因此用輻射溫度

18、計測出的溫度要比物體的真實溫度低。上一頁下一頁返 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 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(lián)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。第八章第八章 非接觸測量非接觸測量原理：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

19、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 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量比色溫度計第八章第八章 非接觸測量非接觸測量上一頁下一頁返 回第八章第八章 非接觸測量非接觸測量第八章第八章 非接觸測量非接觸測量1. 光敏電阻光敏電阻(LDR)When LDR was exposed to light, itgot a lower resistance value, thephenomenon is called Internal photoelectric effect(內光電效應內光電效應)( (當光敏電阻受到光照時，當光敏電阻受到光照時， 阻值減小

20、。阻值減小。)第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 Demo of LDR 當光敏電當光敏電阻阻(LDR)(LDR)受受到光照時到光照時，光生電光生電子子空穴空穴對增加，對增加，阻值減小阻值減小，電流增，電流增大。大。暗電流暗電流(Dark current)（越（越小越好）小越好）第八章第八章 非接觸測量非接觸測量2. 光敏二極管光敏二極管 將光敏二極管的將光敏二極管的PN 結設置在透明管殼頂部結設置在透明管殼頂部的正下方，光照射到光的正下方，光照射到光敏二極管的敏二極管的PN結時，電結時，電子子-空穴對數量增加空穴對數量增加，光，光電流（電流（light current）與與照度（照度（ill

21、umination intensity) 成正比。成正比。 第八章第八章 非接觸測量非接觸測量不同的外部形式的光敏二極管不同的外部形式的光敏二極管光敏二極管陣列第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 光敏二極管的光敏二極管的反向反向偏置接法偏置接法 在沒有光照時，由于二在沒有光照時，由于二極管反向偏置，所以反向電極管反向偏置，所以反向電流很小，這時的電流稱為暗流很小，這時的電流稱為暗電流，相當于普通二極管的電流，相當于普通二極管的反向飽和漏電流。反向飽和漏電流。 當光照射在二極管的當光照射在二極管的PNPN結（又稱耗盡層）上時，在結（又稱耗盡層）上時，在PNPN結附近產生的電子結附近產生的電子-

22、-空穴對空穴對數量也隨之增加，光電流也數量也隨之增加，光電流也相應增大，光電流與照度成相應增大，光電流與照度成正比。正比。 第八章第八章 非接觸測量非接觸測量演示的反向偏壓連接光敏二極管和光電特性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，在沒有光照時，由于二極管反向偏置由于二極管反向偏置，反向電流（暗電流，反向電流（暗電流）很小。）很小。 當當光照增加光照增加時，時，光電流光電流I與光照度成正與光照度成正比關系。比關系。 Backward bias connection of photosensitive diodeUO+ light第八章第八章 非接觸測量非接觸測量3. Phot

23、osensitive Triode( (光敏三極管光敏三極管) ) 光敏三極管有兩光敏三極管有兩個個PN結結。與普通三極管。與普通三極管相似，有電流增益，靈敏度比光敏二極管高相似，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，多數光敏三極管的基極沒有引出線，只有只有正負（正負（c、e）兩個引腳，所以其外型與光敏兩個引腳，所以其外型與光敏二極管相似，從外觀上很難區(qū)別。二極管相似，從外觀上很難區(qū)別。) ) 第八章第八章 非接觸測量非接觸測量External forms of Photosensitive Triodes ( (光敏三極光敏三極管外形管外形 )第八章第八章 非接觸

24、測量非接觸測量Internal structure of Photosensitive Triodes (光敏三極管內部光敏三極管內部結構結構) a) internal structure b)管芯結構管芯結構 c）結構簡化圖結構簡化圖 1pin of collector junction(集電極引腳集電極引腳) 7N-type collector region (N型集電區(qū)型集電區(qū)) 2管芯管芯 8SiO2保護圈保護圈 3shell(外殼外殼) 9collector junction(集電結集電結) 4collecting glass mirror(玻璃聚光鏡玻璃聚光鏡) 10P-type

25、base region (P型基區(qū)型基區(qū)) 5pin of emitter junction(發(fā)射極引腳發(fā)射極引腳) 11(N-type emitter region) N型發(fā)射區(qū)型發(fā)射區(qū) 6N+ substrate (N+襯底襯底) 12emitter junction(發(fā)射結發(fā)射結) 第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Photoelectric characteristic0Light photocurrent (光電流光電流)Photosensitive Triode(光光敏三極管敏三極管)Photosensitive diode(光光敏二極管敏二極管)3000lx4mA請判斷靈敏度的高

26、低請判斷靈敏度的高低0.3mA請計算當請計算當E=100lx時，光敏二極管的光電流時，光敏二極管的光電流I IE第八章第八章 非接觸測量非接觸測量4.Photoelectric component（光電元件（光電元件) )based on photovoltaic effect （光生伏特效應）（光生伏特效應） photocell( (光電池光電池) ) 在在N型襯底型襯底(substrate) (substrate) 上制造一薄層上制造一薄層P型層型層作為光照敏感面，就構成最簡單的光電池。當入射作為光照敏感面，就構成最簡單的光電池。當入射光子光子(incident photon) (inci

27、dent photon) 的能量足夠大時，的能量足夠大時，P型區(qū)型區(qū)每吸收一個光子就產生一對光生電子每吸收一個光子就產生一對光生電子空穴對，空穴對， 光生電子光生電子空穴對的的擴散運動使電子通過漂移運空穴對的的擴散運動使電子通過漂移運動被拉到動被拉到N型區(qū)，空穴留在型區(qū)，空穴留在P區(qū)，所以區(qū)，所以N區(qū)帶負電，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，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。結兩側就有一個穩(wěn)定的光生電動勢輸出。 第八章第八章 非接觸測量非接觸測量External forms of photocellsPhotosensitiv

28、e surface第八章第八章 非接觸測量非接觸測量能提供較大電流的大能提供較大電流的大面積光電池面積光電池外形外形第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Other photocells and Application in illumination intensity measuring (其他其他光電池及在照光電池及在照度測量中的應用度測量中的應用) )柔光罩下面為圓形光電池柔光罩下面為圓形光電池第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Photocell -Application in power-related field( (光光電池在動力方面的應用電池在動力方面的應用) )Solar-powe

29、red cars(太陽太陽能賽車）能賽車）A model of solar-powered motor太陽能電動太陽能電動機模型機模型Solar silicon photocell panels(太陽太陽能硅光電池板能硅光電池板)第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Photocell -Application in power-related field( (光電池在動力方面的應用光電池在動力方面的應用) )Solar electrical energy generation(太陽能發(fā)電）太陽能發(fā)電）第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Photocell -Application in power

30、-related field( (光電池在動力方面的應用光電池在動力方面的應用) )Application in man-made satellites第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Photoelectric characteristic of photocell光電池的光電特性光電池的光電特性 photoelectric characteristics of a typical silicon photocell(硅光電池）硅光電池） 1curve of open circuit voltage 2curve of short circuit currentOpen circuit vo

31、ltage(開路電開路電壓壓)being a logarithmic performanceShort circuit current(短路電短路電流流)being a linear performance第八章第八章 非接觸測量非接觸測量II. Application circuit of photoelectric component (光電元件的基本應用電路光電元件的基本應用電路 )1. Basic application circuit of photosensitive resistor(光敏光敏電阻的基本應用電路電阻的基本應用電路) a）U與光照變化趨勢相同的電路與光照變化趨勢相同

32、的電路 b）U與光照變化趨勢相反的電路與光照變化趨勢相反的電路 第八章第八章 非接觸測量非接觸測量2. Application circuit of photocell short circuit current measuring circuit of photocell (光電池短路電流測量電路光電池短路電流測量電路) ) output voltage Uo is proportional to photocurrent I in I/U change-over circuit. 轉換電路轉換電路的輸出電壓的輸出電壓Uo與光電流與光電流I成正比。若光電池成正比。若光電池用于微光測量時，用于

33、微光測量時，I可能較小，則應增加一級放大電路，可能較小，則應增加一級放大電路，并在第二級使用電位器并在第二級使用電位器RP微調總的放大倍數。微調總的放大倍數。 第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Application of photoelectric sensor( (光電傳感器的應用光電傳感器的應用) ) 1.1.光源本身是被測物的應用實例光源本身是被測物的應用實例 光的照度光的照度E的單位的單位是是lx（勒克斯），（勒克斯）， 它是常用的光度學它是常用的光度學單位之一，它表示單位之一，它表示受照物體被照亮程受照物體被照亮程度的物理量，可以度的物理量，可以用照度計用照度計（Illuminom

34、eter)來測量。來測量。 光電池光電池（外加柔（外加柔光罩）光罩）第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 Infrared radiation thermometer( (紅外線輻射溫度計紅外線輻射溫度計) ) Infrared radiation thermometer can be used for measuring high temperature as well as low temperature below the freezing point, it is the developmental tendency of radiation thermometer. Infrared

35、radiation thermometers on sale can measure the temperature between minus 30 degrees Celsius and 3000 degrees Celsius, many specifications are provided and you can choose the right type according to your request. ( (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

36、外輻射溫度計的溫度范圍可以從計的發(fā)展趨勢。市售的紅外輻射溫度計的溫度范圍可以從-30-3030003000，中間分成若干，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。）個不同的規(guī)格，可根據需要選擇適合的型號。）第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Eternal forms of infrared radiation thermometers ( (紅外線輻射溫度計外形紅外線輻射溫度計外形) ) laser (激光）激光） is only used for aiming第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Eternal forms of infrared radiation thermome

37、ters ( (紅外線輻射溫度計外形紅外線輻射溫度計外形) ) used to measure foods temperature第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Infrared radiation thermometer -applications in non-contact body temperature measuring( (非接觸體溫測量中的應用）非接觸體溫測量中的應用）耳溫儀耳溫儀第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 Infrared radiation thermometer - Application in measuring forehead temperature紅外輻

38、射溫度計紅外輻射溫度計第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 Infrared radiation thermometer -Application in non-contact temperature measuring( (非接觸溫度測量中的應用）非接觸溫度測量中的應用）集成集成IC 溫度測量溫度測量第八章第八章 非接觸測量非接觸測量利用紅色激光瞄準被測利用紅色激光瞄準被測物（冷藏牛奶和面食）物（冷藏牛奶和面食）第八章第八章 非接觸測量非接觸測量利用紅色激光瞄準被利用紅色激光瞄準被測物（電控柜、天花測物（電控柜、天花板內的布線層）板內的布線層）Temperature acquisition s

39、ystem(溫度采集系溫度采集系統(tǒng)統(tǒng))第八章第八章 非接觸測量非接觸測量(2) (2) Pyroelectricoptical transducer （熱釋電傳感器熱釋電傳感器) ) -Application in body detection and alarm systems 熱釋電元件在紅外線檢測中得到廣泛的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、自動燈的測，如防盜門、賓館大廳自動門、自動燈的控制等控制等。 熱釋電元件外形熱釋電元件外形 第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Pyroelect

40、ricoptical transducer（熱釋電傳熱釋電傳感器感器） 熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人或動物發(fā)射的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。早在紅外線而輸出電信號的傳感器。早在1938年，有人提年，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，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。除了在樓道自動開儀、紅外遙感以及熱輻射探測器。

41、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。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；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數碼照相機自動記錄動物或人的活動等等 第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Interior circuit of pyroelectricoptical transducer兩塊反向

42、串聯(lián)的熱釋兩塊反向串聯(lián)的熱釋電晶片電晶片)Field-effect tube(場效應管場效應管)第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Operational principle of pyroelectricoptical transducer(熱釋熱釋電傳感器工作原理電傳感器工作原理) 熱釋電晶片熱釋電晶片(pyroelectricoptical micro-chips)表面必須罩上一塊由一組平行的棱柱型透鏡所組表面必須罩上一塊由一組平行的棱柱型透鏡所組成成菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡(Fresnel lens)，每一透鏡單元都只有，每一透鏡單元都只有一個不大的視場角一個不大的視場角(angle of

43、field)，當人體在透鏡，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釋電單元將輸出一串交變脈沖信號(a group of AC pulse signals)。當然，如果人體靜止不動地站在熱。當然，如果人體靜止不動地站在熱釋電元件前面，它是釋電元件前面，它是“視而不見視而不見”的。的。 第八章第八章 非接觸測量非接觸測量External form of Fresnel lens(菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡) 傳感器不加菲涅爾傳感器不加

44、菲涅爾透鏡時，其檢測距離透鏡時，其檢測距離小于小于2m，而加上該透，而加上該透鏡后，其檢測距離可鏡后，其檢測距離可增加增加3倍以上。倍以上。第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Pyroelectricoptical kit第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Pyroelectricoptical Alarm(熱釋電報警器熱釋電報警器) Fresnel lens設定按鈕設定按鈕高分貝喇叭高分貝喇叭第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Pyroelectricoptical alarm(熱釋電報警器熱釋電報警器) （續(xù)）（續(xù)） Fresnel lens 5mm接插件接插件第八章第八章 非接觸測量非接觸測量

45、pyroelectricoptical alarm(熱釋電報警器熱釋電報警器)（續(xù)（續(xù)） ceiling-mounted pyroelectricoptical alarm (吸頂式吸頂式 熱釋電報警器熱釋電報警器)第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Application of pyroelectricoptical transducer 熱釋電熱釋電傳感器用于傳感器用于自動亮燈，自動亮燈，當然也可以當然也可以用于防盜用于防盜熱釋電傳感器熱釋電傳感器的感應范圍的感應范圍第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Pyroelectricoptical sense light(熱釋電感應熱釋電感應燈燈)第

46、八章第八章 非接觸測量非接觸測量Automatic sense light (自動感應燈自動感應燈)（參考施特朗公司資料）（參考施特朗公司資料）第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Pyroelectricoptical transducer - application in intelligent air-conditioner 智能空調能檢測智能空調能檢測出屋內是否有人，微出屋內是否有人，微處理器據此自動調節(jié)處理器據此自動調節(jié)空調的出風量，以達空調的出風量，以達到節(jié)能的目的。到節(jié)能的目的。 空調中，熱釋電傳感器的菲涅爾空調中，熱釋電傳感器的菲涅爾透鏡做成球形狀，從而能感受到屋內透鏡做成球形狀，

47、從而能感受到屋內一定空間角范圍里是否有人，以及人一定空間角范圍里是否有人，以及人是靜止著還是走動著。是靜止著還是走動著。上下范圍上下范圍左右范圍左右范圍第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Operational principle ofOperational principle of photoelectric photoelectric NephelometerNephelometer( (光電式濁度計光電式濁度計) )1constant current source1constant current source( (恒流源恒流源) ) 5water sample to be measure

48、d 5water sample to be measured( (被測水樣被測水樣) ) 2semiconductor laser2semiconductor laser( (半導體激光器半導體激光器) ) 6 6、9photocell9photocell( (光電池）光電池）33半反半透鏡半反半透鏡 7 7、10I/U converter10I/U converter( (電流電流/ /電壓轉換器電壓轉換器) ) 4reflecting mirror4reflecting mirror( (反射鏡反射鏡) ) 8standard water sample 8standard water sa

49、mple( (標準水樣標準水樣) ) 參比通道參比通道 第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 2.smoke detector/alarm2.smoke detector/alarm （參考（參考南京千里通公司南京千里通公司 無線無線煙霧報警器煙霧報警器資料）資料） 無煙霧時，光敏無煙霧時，光敏元件接收到元件接收到LED發(fā)射發(fā)射的恒定紅外光。而在的恒定紅外光。而在火災發(fā)生時，煙霧進火災發(fā)生時，煙霧進入檢測室，遮擋了部入檢測室，遮擋了部分紅外光，使光敏三分紅外光，使光敏三極管的輸出信號減弱極管的輸出信號減弱，經閥值判斷電路后，經閥值判斷電路后，發(fā)出報警信號。，發(fā)出報警信號。 smoke報警報警第八

50、章第八章 非接觸測量非接觸測量Internal structure of wireless smoke detector(無線無線煙霧報警器內部結構煙霧報警器內部結構) ) 可發(fā)出高分貝笛鳴可發(fā)出高分貝笛鳴聲的蜂鳴器聲的蜂鳴器(buzzer)第八章第八章 非接觸測量非接觸測量無線火災煙霧傳感器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)板上。它內部使用一節(jié)9伏層疊電池供電，工作在伏層疊電池供電，工作在警戒狀態(tài)時，工作電流僅為警戒狀態(tài)時，工作電流僅為15微安，報警發(fā)射時工微安，報警發(fā)射時工作電流為作電流為20毫安。當探測

51、到初期明火或者煙霧達到毫安。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)出一定濃度時，傳感器的報警蜂鳴器立即發(fā)出90分貝分貝的連續(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。警信息傳遞出去。 無線發(fā)射器的報警距離在空曠無線發(fā)射器的報警距離在空曠地可以達到地可以達到200米，在有阻擋的普通家庭環(huán)境中可米，在有阻擋的普通家庭環(huán)境中可以達到以達到20米。米。第八章第八章 非接觸測量非接觸測量3 被測物體反射被測物體反射光通量光通量(Lumi

52、nous flux)的應用實例的應用實例 (1)反射式煙霧報反射式煙霧報警器警器 (reflex smoke detector) 在沒有煙霧在沒有煙霧時，由于紅外對時，由于紅外對管相互垂直，煙管相互垂直，煙霧室內又涂有黑霧室內又涂有黑色吸光材料，所色吸光材料，所以紅外以紅外LED發(fā)出發(fā)出的紅外光無法到的紅外光無法到達紅外光敏三極達紅外光敏三極管。管。 當煙霧進入煙霧室后，煙霧的固體粒子對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（紅外光產生漫反射（diffuse reflection)diffuse reflection)（圖（圖中只畫出幾個微粒的反射示意），使部分紅外中只畫出幾個微

53、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。光到達光敏三極管，有光電流輸出。第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 ( (2)photoelectric tachometer(2)photoelectric tachometer(光電式轉速光電式轉速表表) ) 光電式轉光電式轉速表屬于反射速表屬于反射式光電傳感器式光電傳感器，它可以在距，它可以在距被測物數十毫被測物數十毫米外非接觸地米外非接觸地測量其轉速。測量其轉速。 n =60( f /z ) 第八章第八章 非接觸測量非接觸測量水泵水泵轉速測量轉速測量第八章第八章 非接觸測量非接觸測量External form of photoe

54、lectric tachometer 第八章第八章 非接觸測量非接觸測量(3)(3)色標傳感器色標傳感器 色飽和圖色飽和圖 (color saturation) 色標傳感器常用于檢測色標傳感器常用于檢測特定色標或物體上的斑點，特定色標或物體上的斑點，它是通過與非色標區(qū)相比較它是通過與非色標區(qū)相比較來實現(xiàn)色標檢測，而不是直來實現(xiàn)色標檢測，而不是直接測量顏色。接測量顏色。 人眼對各色光的敏感程度人眼對各色光的敏感程度第八章第八章 非接觸測量非接觸測量產品包裝色彩檢測、分選產品包裝色彩檢測、分選第八章第八章 非接觸測量非接觸測量（4）光電自動門）光電自動門Photoelectric sensor o

55、f automatic door(自動門自動門光電傳感器光電傳感器)放大圖放大圖有效檢測區(qū)域有效檢測區(qū)域第八章第八章 非接觸測量非接觸測量4 被測物遮擋光通量的應用實例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式帶材跑偏檢測器 光電傳感器光電傳感器 帶材走偏帶材走偏時，邊緣經常時，邊緣經常與傳送機械發(fā)與傳送機械發(fā)生碰撞，易出生碰撞，易出現(xiàn)卷邊，造成現(xiàn)卷邊，造成廢品。廢品。 當帶材處于正確位置（中間位置）時，放大器輸出電壓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

56、方向及大小。材跑偏的方向及大小。 第八章第八章 非接觸測量非接觸測量光電開關在流水線光電開關在流水線(production line)上的應用上的應用送料器定區(qū)域式光電開關定區(qū)域式光電開關Coffee can流水線運行方向流水線運行方向罐裝高度檢測罐裝高度檢測儲料倉儲料倉(bunker)落料口落料口遮斷式光電開關遮斷式光電開關（計數）（計數）第八章第八章 非接觸測量非接觸測量定區(qū)域反射式光電開關原理定區(qū)域反射式光電開關原理定區(qū)域式光電開關有定區(qū)域式光電開關有一個非常確定的檢測一個非常確定的檢測區(qū)域（區(qū)域（detecting detecting area)area)，不經過該區(qū)，不經過該區(qū)域的被

57、測物體不會引域的被測物體不會引起光電開關產生開關起光電開關產生開關信號。信號。檢測距離檢測距離第八章第八章 非接觸測量非接觸測量反射型光電開關及反射鏡外形反射型光電開關及反射鏡外形三角反射鏡三角反射鏡集發(fā)射、接收器集發(fā)射、接收器于一身于一身第八章第八章 非接觸測量非接觸測量反射鏡反射鏡反射型反射型光電開關工光電開關工作原理作原理 反射鏡反射鏡反射型反射型光電開光電開關集光發(fā)射器和光接受器關集光發(fā)射器和光接受器于一體，與反射鏡相對安于一體，與反射鏡相對安裝配合使用。反射鏡使用裝配合使用。反射鏡使用偏光三角棱鏡，能將發(fā)射偏光三角棱鏡，能將發(fā)射器發(fā)出的光轉變成偏振光器發(fā)出的光轉變成偏振光反射回去，光

58、接收器表面反射回去，光接收器表面覆蓋一層偏光透鏡，只能覆蓋一層偏光透鏡，只能接受反射鏡反射回來的偏接受反射鏡反射回來的偏振光。振光。反射板反射鏡反射鏡(reflector)被測物體偏振光偏振光(polarized light)發(fā)射光發(fā)射光(emitted light)第八章第八章 非接觸測量非接觸測量被測物漫反射型光電開關原理被測物漫反射型光電開關原理漫反射光線(ray of diffuse reflection)反射光線(Reflection ray)被檢測物體光發(fā)射器(light emitter)和光接受器(light receiver)發(fā)射光線(ray of incident light

59、) 漫反射型漫反射型光電開關光電開關集光集光發(fā)射器和光接發(fā)射器和光接受器于一體。受器于一體。當被測物體經當被測物體經過該光電開關過該光電開關時，發(fā)射器發(fā)時，發(fā)射器發(fā)出的光線經被出的光線經被測物體表面反測物體表面反射由接受器接射由接受器接受，于是產生受，于是產生開關信號。開關信號。額定距離額定距離(nominal distance)第八章第八章 非接觸測量非接觸測量 智能化光電開關的自學習過程示意圖智能化光電開關的自學習過程示意圖閾值開關閾值開關學習指示燈學習指示燈設定距離設定距離安裝距離安裝距離第八章第八章 非接觸測量非接觸測量表面反射率表面反射率(surface albedo)(surfac

60、e albedo) 對于漫反射式光電開關發(fā)出的光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)的表面還應盡量垂直于光電開關的發(fā)射光線。射光線。第八章第八章 非接觸測量非接觸測量Application of photoelectric switch(光電開光電開關應用關應用)（續(xù)）（續(xù)）透明度測量、控制透明度測量、控制質量檢測質量