红外传感器 (最全的)PPT课件

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16.1 红外传感器
➢ 按应用可分为：
• 红外辐射测量
• 热成像遥感技术
• 红外搜索、跟踪目标、确定位置
• 通讯、测距等。
➢ 两部分组成：
1）红外辐射源
有红外辐射的物体就可以视为红外辐射源
2）红外探测器
能将红外辐射能转换为电能的热敏和光敏器件。
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16.1.2 红外辐射探测器
➢ 主要有两大类型： ➢ 热探测器和光子探测器。 1）热探测器（热电型）
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。
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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。
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”
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电磁波谱.图
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红外辐射
红外辐射本质上是一种热辐射。任何物体，只要它的温度 高于绝对零度（－273℃），就会向外部空间以红外线的方 式辐射能量，一个物体向外辐射的能量大部分是通过红外 线辐射这种形式来实现的。物体的温度越高，辐射出来的 红外线越多，辐射的能量就越强。另一方面，红外线被物 体吸收后可以转化成热能。
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。
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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。
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菲涅尔透镜
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
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有：热释电、热敏电阻、热电偶等； 2）光子探测器（量子型），利用某些半导体材料
在红外辐射的照射下产生光电子效应，材料电 学性质发生变化； 有:光敏电阻、光电管、光电池等。 量子型光子探测器与光电传感器原理相同， 本节主要介绍热电型红外探测器。
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1. 热探测器
热探测器的工作机理是：利用红外辐射的热效应，探测器的 敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使某些有关物理参 数发生相应变化，通过测量物理参数的变化来确定探测器所吸 收的红外辐射。
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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。
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，
表面电荷减少，这相当于释放一部分电荷，所以叫做热释电型传感器。
如果红外辐射继续照射，使铁电薄片的温度升高到新的平衡值，表面电荷也就 达到新的平衡浓度，不再释放电荷，也就不再有输出信号。
如果将负载电阻与铁电体薄片相连，则负载电阻上便产生一个电信号输出。
用它制作的防盗报警器与目 前市场上销售的许多防盗报 警器材相比，具有如下特点： ●不需要用红外线或电磁波 等发射源。 ●灵敏度高、控制范围大。 ●隐蔽性好，可流动安装。
热释电红外传感器的结构及内部电路
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可以用于以下各种实用电路中： 1.“有电，危险”安全警示电路 用于有电的场合，当有人进入这些场 合时，通过发出语音和声光提醒人们注意安全。 2.自动门 主要用于银行、宾馆。当有人来到时，大门自动打开，；人 离开后又自动关闭。 3.红外线防盗报警器 用于银行、办公楼、家庭等场合的防盗报警。 4.高速公路车辆车流计数器 5.自动开、关的照明灯，人体接近自动开关等。
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 。
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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。
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电介质
红外光
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － －
－ － －
－ 黑色膜
电极
Ps
0
E
＋
（a）一般电介质
Ps
Байду номын сангаас
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
高分贝喇叭
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热释电报警器（续）
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
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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。