红外传感器(全部的)

菲涅尔透镜
2020/8/10
菲涅尔透镜
热释电晶片
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菲涅尔透镜外形
传感器不加菲涅尔 透镜时，其检测距离 小于2m，而加上该透 镜后，其检测距离可 增加3倍以上。
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热释电套件
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热释电报警器
菲涅尔透镜
设定按钮
高分贝喇叭
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热释电报警器（续）
红外测温仪电路比较复杂，包括前置放大器、选频放大、温度 补偿、线性化、发射率调节等。目前已经有一种带单片机的智 能红外测温仪，利用单片机与软件的功能，大大简化了硬件电 路，提高了仪表的稳定性、可靠性和准确性。
红外线辐射温度计
红外辐射温度计既可用于高温测量，又可用于冰点 以下的温度测量，所以是辐射温度计的发展趋势。 市售的红外辐射温度计的温度范围可以从30℃~3000℃，中间分成若干个不同的规格，可根据 需要选择适合的型号。
•光源由镍铬丝通电加热发出3~10um的红外线，切光片将连续的红外线
调制成脉冲状的红外线，以便于红外探测器检测。测量气室中通入被分 析气体，参与气室中封入不吸收红外线的气体。
•测量时（如分析CO气体的含量）, 两束红外线经反射、切光后射入测量
10.2 红外传感器
10.2.1 工作原理 红外辐射
红外辐射俗称红外线，它是一种不可见光， 由于是位于可见光中红色 光以外的光线，故称红外线。它的波长范围大致在0.76～1000 μm。 工程上 又把红外线所占据的波段分为四部分， 即近红外、中红外、 远红外和极远 红外。红外 区通常分为近红外 0.73~1.5um、中红外1.5~10um和远红外 10um以上，300um以上的区域又称为“亚毫米波”
图中的光学系统是一个固定焦距的透视系统，滤光片一般采用只 允许8~14um的红外辐射能通过的材料。步进电机带动调制盘转 动，将被测的红外辐射调制成交变的红外辐射射线。红外探测器 一般为热释电探测器，透镜的焦点落在其光敏面上。被测目标的 红外通过透镜聚焦在红外探测器上，红外探测器将红外辐射变换 为电信号输出。
电介质
红外光
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － －
－ － －
－ 黑色膜
电极
Ps
0
E
＋
（a）一般电介质
Ps
0
E
（b）铁电体
电介质的极化与热释电
电介质的极化矢量与所加电场的关系
“铁电体”的极化强度（单位面积上的电荷）与温度有关。当红外辐射照
利用红色激光瞄准被测物（冷 藏牛奶和面食）
红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用（续）
温度采集系统
利用红色激光瞄准被测 物（电控柜、天花板内 的布线层）
2. 红外线气体分析仪
红外线气体分析仪是根据气体对红外线具有选择性的吸收 的特性来对气体成分进行分析的。不同气体其吸收波段（吸收 带）不同，从图中可以看出，CO气体对波长为4.65 μm附近的 红外线具有很强的吸收能力，CO2气体则发生在2.78 μm和4.26 μm附近以及波长大于13 μm的范围对红外线有较强的吸收能力。 如分析CO气体，则可以利用4.26 μm附近的吸收波段进行分析。
红外线作为电磁波的一种形式，红外辐射和所有的电磁 波一样，是以波的形式在空间直线传播的，具有电磁波的 一般特性，如反射、折射、散射、干涉和吸收等。红外线 在真空中传播的速度等于波的频率与波长的乘积 。
16.1
红外传感器一般由光学系统、 探测器、信号调理电路及显 示单元等组成。
红外探测器是红外传感器的核心。红外探测器是利用红外 辐射与物质相互作用所呈现的物理效应来探测红外辐射的。红 外探测器的种类很多，按探测机理的不同，分为热探测器和光 子探测器两大类。
透 射 率 / (%)
透 射 率 / (%)
10 0
80
60 CO
40
C2H2
20
0
10 0
80
60
40
CO2
C2H6
20
0
10 0
80
60
40
CH4
C2H4
20
0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
输出信号的强弱取决于薄片温度变化的快慢，从而反映出入射的红外辐射的强
弱，热释电型红外传感器的电压响应率正比于入射光辐射率变化的速率。
热释电传感器工作原理
热释电晶片表面必须罩上一块由一组 平行的棱柱型透镜所组成菲涅尔透镜，每一 透镜单元都只有一个不大的视场角，当人体 在透镜的监视视野范围中运动时，顺次地进 入第一、第二单元透镜的视场，晶片上的两 个反向串联的热释电单元将输出一串交变脉 冲信号。当然，如果人体静止不动地站在热 释电元件前面，它是“视而不见”的。
根据光子效应制成的红外探测器称为光子探测器。
通过光子探测器测量材料电子性质的变化，可以确定红外 辐射的强弱。
光子探测器只要采用光电传感器，分为光电管、 光敏电阻、光敏晶体管、光电伏特元件等几类。
飞利浦新开发的光子探测器
光子探测器的主要特点是灵敏度高，响应速度快， 具有较高的响应频率，但探测波段较窄，一般在
低温下工作。
检测技术
第10章 辐射与波式传感器
10.1 红外传感器
以红外线为测量介质的系统称为红外传感系统，按照 功能可以分成五类：
（1）温度计和辐射计，用于温度、辐射和光谱测量；
（2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定 其空间位置并对它的运动进行跟踪；
பைடு நூலகம்（3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；
（7）信号处理系统：将探测的信号进行放大、滤波，并从中 提取出有用的信息。然后将这些信息转化为适当的格式， 传送到控制设备或者显示器中。
（8）显示设备：它是红外传感系统的终端设备，常用的有示 波器、显像管、红外感光材料、指示仪器和记录仪等。
1. 红外测温仪
红外测温仪是利用热辐射体在红外波段的辐射通量来测量温度的。 当物体的 温度低于1000℃时，它向外辐射的不再是可见光而是红外光了，可用红外探 测器检测其温度。
（4）红外测距和通信系统；
（5）混合系统，由以上各类系统中的两个或者多个组合 而成。
检测技术
第10章 辐射与波式传感器
典型的红外传感系统
（5）红外探测器：它是红外传感系统的核心，利用红外辐射 与物质相互作用所呈现出来的物理效应探测红外辐射， 按照工作原理分为光敏探测器和热敏探测器两类。
（6）探测器制冷器：由于某些探测器必须要在低温下工作， 所以相应的系统必须有制冷设备。经过制冷，探测器可 以缩短响应时间，提高灵敏度。
热释电传感器应用
热释电传感器用于自动 亮灯，当然也可以用于防 盗。如果人体静止不动地 站在热释电元件前面，它 是“视而不见”的。
热释电传感器的感 应范围
热释电感应灯
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热释电传 感器
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自动感应灯
（参考施特朗公司资料）
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热释电传感器在智能空调中的应用
智能空调能检测 出屋内是否有人，微 处理器据此自动调节 空调的出风量，以达 到节能的目的。
菲涅尔透镜
Φ 5mm接
插件
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热释电报警器（续）
吸顶式 热释电报警器
2020/8/10
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案例3.热释电红外线传感器
热释电红外线传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测 元件。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将 其转换成电压信号输出。同时，它还能鉴别出运动的生物与其它非生 物。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开 关控制、防盗防火报警、自动监测等。热释电红外传感器不仅适用于 防盗报警场所，亦适于对人体伤害极为严重的高压电及×射线、 射线 自动报警等。
红外传感器的应用
1. 红外测温仪
红外测温是目前较先进的测温方法，特点有： 1. 远距离、非接触测量，适应于高速、带电、高温、高压； 2. 反映速度快，不需要达到热平衡过程，反映时间在μs
量级； 3. 灵敏度高，辐射能与温度T成正比； 4. 准确度高，可达0.1℃内； 5. 应用范围广泛，0下～上千度。
上 下 范 围 左右范围
空调中，热释电传感器的菲涅尔 透镜做成球形状，从而能感受到屋内 一定空间角范围里是否有人，以及人 是静止着还是走动着。
问题思考：自动门如何探测人的靠近？
2. 光子探测器 光子探测器的工作机理是：利用入射光辐射的光子流与探 测器材料中的电子互相作用，从而改变电子的能量状态，引起 光子效应。
红外线辐射温度计外形
激光仅 用于瞄准
红外线辐射温度计外形
红外线辐射温度计用于食品 温度测量
红外线辐射温度计 在非接触体温测量中的应用
耳温仪
红外线辐射温度计用于人体额温测量
悬挂式自动扫描红外人体温度检测仪
红外线辐射温度计在非 接触温度测量中的应用
集成IC 温度 测量
红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用（续）
特点：热探测器主要优点是响应波段宽， 响应范围可扩展 到整个红外区域，可以在常温下工作，使用方便， 应用相当广 泛。但与光子探测器相比，热探测器的探测率比光子探测器的 峰值探测率低，响应时间长。
热探测器主要有四类：热释电型、热敏电阻型、热电阻型 和气体型。其中，热释电型探测器在热探测器中探测率最高， 频率响应最宽，所以这种探测器倍受重视，发展很快。这里我 们主要介绍热释电型探测器。
射到已经极化的铁电体薄片表面上时引起薄片温度升高，使其极化强度降低，