红外传感器研究综述【文献综述】

文献综述
电气工程及自动化
红外传感器研究综述
摘要：文章对红外传感器做了较为全面的介绍。

概括了红外传感器的定义，工作原理，以及各红外传感器的分类。

然后介绍了其在各领域的应用及未来的发展。

最后对各种红外传感器进行归纳、对比。

关键词：红外传感器；光子探测器；热探测器
1.引言
红外线传感器是将红外辐射能转换成电能的一种光敏元件[1],其技术现已在现代科技、国防[2]和工农业等领域获得了广泛的应用。

通常我们可以按照其探测机理将红外线传感器分为光子探测器（基于光电效应）和热探测器（基于热效应）两种[3]。

2.红外传感器的原理
2.1 红外线概述
红外线是太阳光中众多不可见光中的一种，存在于太阳光谱红光的外侧。

实质上它是一种电磁波，也被称为红外辐射。

太阳光谱上的红外线波长大于可见光线，波长为0.75~1000um。

红外线又可以分为三个部分，分别为近红外线（0.75um~1.5um）、中红外线（1.5um~6.0um）、远红外线（6.0um~1000um）[4]。

由于红外线是介于可见光和微波之间的一种电磁波，因此具有以上两种波的某些特性。

比如在近红外区，于可见光相邻。

他就具有可见光的某些特性：直线传播、反射、折射、散射、衍射、可被某些物体吸收以及可以通过透镜将其聚焦等。

在远红外区，于近微波区相邻。

他就具有微波的某些特性：较强的穿透能力和能贯穿某些不透明物质等。

同时只要物体的温度高于绝对温度（-273℃）时，就会散发红外辐射。

温度越高，辐射越强[5]。

从上述的分析可知，红外是一种非常丰富的波普资源，被广泛的利用在生产、生活、军事、医疗等多方面。

2.2 红外传感器概述
红外线传感器是将红外辐射能转换成电能的一种光敏元件。

一般由光学系统、探测器、信号调理电路等系统组成[4]。

一般情况下传感器拥有一个能够模仿自然界中物体发射红外线的器件，和一个能够接受红外线并将其转变为电信号的器件[5]。

通常我们可以按照其探测机理将红外线传感器分为光子探测器（基于光电效应）和热探测器（基于热效应）两种[3]。

2.3光子探测器
光电器是光电传感器的重要组成部分，对传感器的影响很大[6]。

当光照射在某些物质上，使该物质吸收光能后其电子的能量和电特性发生变化，这种现象称为光电效应。

而光电器就是利用光电效应制成的光电传感器[7]。

他具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业装置和机器人中获得了广泛的应用[8]。

根据物理现象的不同，通常可以将光电效应分为外光电效应和内光电效应两种[9]。

2.3.1外光电效应
概念：在光的照射下，电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象[10]。

分类：基于外光电的工作原理，可以将光电器分为光电管和光电倍增管[10]。

光电管（图8-3[6]）
1、光电管的阴极收到光照后发射光电子，这些光电子被具
有一定电位的阳极吸引，在光电管中形成空间电子流[6]。

2、在外光电管的外电路加入电阻，则可以产生一个电压降，
且这个电压降随光线的强弱变换而变换。

3、为提高光电变换的灵敏度，可以在玻璃钢中加入惰性气体。

光电倍增管（图8-6[8]）
1、其玻璃管内不仅有光电阴极和光
电阳极，还有若干个光电倍增极。

光电倍增极涂有一种特殊的材料，
能释放更多的电子当被电子轰击
时。

2、光电倍增极的位置正好为前一个倍增极电子被反射的位置。

如此递进，使加速电压得到成倍的
增长[11]。

2.3.2内光电效应
概念：在光的照射下，物质的电导性发生变化或者产生电动势的现象[12]。

分类：基于内光电的工作原理，可以分为光电导效应和光生伏特效应[12]。

光电导效应[13]
半导体在光照下会产生电子-空穴对，使导电性能最强的效应，当光照越强时，其阻值就会越低。

常见的元器件有：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等
光生伏特效应[13]
在光照下引起PN结两端产生电动势的效应。

常见的元器件有：光电池
2.4热探测器
敏感器件在受到红外辐射时产生温度变化，然后转变为电信号变化的现象被称为热电效应。

热探测器就是利用红外辐射的热电效应制成的。

常见的元器件有热敏电阻型和热释电型[1]。

3.红外传感器的应用及发展
红外传感器是我们日常生活中最为常见的一种传感器。

人们根据他的各种工作原理制成了非常多非常实用的仪器。

如基于光电效应制成的红外测温仪、红外成像仪[14]；基于热电效应制成的红外报警器[14]等等，不仅在生活中随处可见，他在军事领域也得到了广泛的应用，包括：战斗机、直升机、无人机等等。

随着高新技术的发展，红外传感器技术也将更加成熟，器灵敏度、效能、定位精度也将会更高。

红外传感器技术在未来将发挥更大的效能[2]。

4.结论
通过以上的分析我们了解到，红外传感器根据其工作原理可以被分为很多种，而且各种传感器都有其特殊的用途和优缺点。

那么我们在选用他们时如何找到最适合、效果最好的传感器呢。

通过整理，对各种红外传感器做出对比。

我们在做一个项目时一定先要了解、分析所做的项目，再通过比较红外传感器在灵敏度、波段、响应速度等方面的表现，了解其工作原理。

最后选用正确的、适合自己所做项目的要求。

就可以达到事半功倍的效果。

参考文献
[1] 靳会清. 热释电红外传感器原理及应用[J].煤炭技术，2008，8，27（8）:1-2
[2] 刘宗新，王丹伟，张迪超，徐世录. 红外传感技术的军事应用与分析[J].红外与激光工程，2007，
9，36（9）:600-605
[3] Kirchnerova J. ，Bale C.W. ,Skeaff J. M. Sensors & Actuators B[M], 1990,B2,7.
[4] 宋雪臣.传感器与检测技术[M].北京：人民邮电出版社，2009，5.
[5] 肖景和，赵健. 红外线热释电与超声遥控电路[M]. 北京：人民邮电出版社，2003，9.
[6] 贾伯年，俞朴，宋爱国.传感器技术（第三版）[M].江苏：东南大学出版社，2007，2.
[7] 周四春，吴建平，祝忠明等.传感器技术与工程应用[M].北京：原子能出版社，2007，9.
[8] 刘爱华，满宝元. 传感器原理与应用技术[M]. 北京：人民邮电出版社，2006，10.
[9] 俞志根等.传感器与检测技术（第二版）[M]. 北京：科学出版社，2010，6.
[10] Wohltjen H. , Sensors & Actuators [M], 5(1984)307.
[11] 殷淑英.传感器应用技术[M].北京：冶金工业出版社，2008，7.
[12] 刘笃仁,韩保君，刘勒.传感器原理及应用技术（第二版）[M].西安：西安电子科技大学出版社，
2009，4.
[13] 王骏峰.现代传感器应用技术[M].北京：机械工业出版社，2006，9.
[14] 张洪润.传感器应用设计300例[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008，10.。