浅谈红外线传感器的原理和应用

通常来说，微波遥感用在大气的各项数据的测量上，在海洋学、油污探测、融雪测
定等方面都有应用。遥感在军事科学上的应用是显然的，因为可以远距离地观察目
标，而且可以获得相对宏观的分析数据。
第四章 红外传感器的实际应用
• 4.1火电厂的应用
• 火电厂采用红外线传感器来检测锅炉的火焰。红外线传感器的探测器 是光敏电阻(光电导)探测器。燃烧器火焰的一次燃烧区域所产生的红外线 辐射，经由光导纤维转送到探头，通过探头中的光敏电阻转换成电信号 后，再由放大器放大。该火焰信号经由屏蔽电缆送到机箱，通过频率响 应开头和一个放大器后，再同一个参考电压（可调)进行比较，若火焰信 号大于参考信号，则对应的触发器置位，触发器输出信号使红色火焰指 示灯点亮，表明锅炉有火焰；反之表示锅炉无火焰。锅炉有无火焰是关 系到锅炉运行安全的重要参数，因此，红外线传感器也是FSSS(锅炉炉 膛安全监控系统)的眼睛。感知人体最简单的方法是红外线传感器。因为 人体比其他物体温度高，故可根据红外线的辐射能量进行检测。人体产 生的红外线波长为10μm左右，因此，用远红外线传感器最为合适。
• 3.23红外线轴套扫描器
•
通过光机系统扫描视场，并且无需任何光学调整。它精确测量线材、
棒材等生产线的活套大小，甚至对特殊钢或有色金属以及在水汽、烟雾
严重的情况下也能可靠工作。 DELTA 的红外传感器TS2006 可用于活套
控制、热带材或热板材的对中控制以及在其它很广的应用中提供位置信
息。
3.3红外传感器延伸实际应用—遥感技术
•
狭义上定义为：远远地去感觉某一定对象的技术。
•
广义地讲，遥感是不直接接触地收集关于某一定对象的某种或某些特定的信
息，从而了解这个对象的性质。很早以前，人们就希望从空中来观察地球，当时人
们使用的是普通的照相机，后来发展成为专门的航空照相机。
•
现在，遥感技术在军事上得到很大的应用。遥感中收集到的信息，就是物体
尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。
•
3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成
的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，
使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。
•
4)一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元
• (2)利用半导体迁徙现象吸收能量差之光电效果及利用因PN接合之光电动势效果的 量子型。热型的现象俗称为焦热效应，其中最具代表性者有测辐射热器，热电堆及 热电元件。
•
利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。红外线又称红外光，它具有反射、
折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝
浅谈红外线传感器的原理与应用
毕节学院
第一章 绪论 • 1.1引言
•
宇宙间的任何物体只要其温度超过零度就能产生红
外辐射，事实上同可见光一样，其辐射能够进行折射和反
射，这样便产生了红外技术，利用红外光探测器因其独有
的优越性而得到广泛的重视，并在军事和民用领域得到了
广泛的应用。军事上，红外探测用于制导、火控跟踪、警
•
遥感主要原理：传感器装载在平台上，遥感中可以使用可见光和近红外区的
电磁波进行遥感，这是利用了对象的反射特性，这种方式是航空摄影发展而来的结
果，也是最为广泛应用的一种，在月球上观察地球就是这样的。
•
另外在雷达研究的方面主要是利用了物体的辐射特性。主动式的微波遥感器
主要是测试雷达。它是在50年代为军事侦察目的而发展的。它目前的重要应用主要
致测量误差。但由于发射光线是光而不是声音，可以希望
在相当短的时间内获得较多的红外线传感器测量值。
4.4无线鼠标
• 鼠标器是用来产生控制屏幕光标移动的一种装置， 是计算机最重要的外部输入设备之一，可用于人 机会话的图形系统。鼠标器和计算机之间有一根 连线，并且需要在桌面（鼠标垫）上进行操作。 在使用计算机和大屏幕投影机作多媒体教学时， 由于鼠标器操作的牵制，会使教员的教学活动受 到限制，不利于教学双方的交流。本文介绍的一 种红外无线鼠标器，用红外线取代了鼠标器和计 算机之间的连线，用按键控制光标的移动，解决 了上述鼠标器使用不便的问题。
对零度），都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不
存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。
•
红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分
为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。
热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生
变化，通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫
化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。
• 3.2红外传感器
•
红外传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军
事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。例如采用红外线传感器远距离测量
接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处
3.22照相机中的红外线传感器
•
夜视功能红外夜视，就是在夜视状态下，数码摄像机会发出人们
肉眼看不到的红外光线去照亮被拍摄的物体，关掉红外滤光镜，不再阻
挡红外线进入CCD，红外线经物体反射后进入镜头进行成像，这时我们
所看到的是由红外线反射所成的影像，而不是可见光反射所成的影像，
在于快速取得大片有云地区的地面资源情报数据。被动式微波遥感器感受的是它们
视场内的自然可利用的微波能量，其工作方式和热辐射计或热扫描仪非常相似，但
是能够接受到的信号也比热红外区微弱得多，同时信号所伴随的噪声也大得多。因
此这种信号的判释问题也要比其他各种遥感器困难得多。但和侧视雷达一样也有全
天候的特性。依靠选择适合的工作波长，可以用它或者穿透大气，或者观察大气。
4.3机器人自动避障
•
红外传感器是一种比较有效的接近觉传感器，经常
被国内外学者应用在多关节机器人避障系统中，用来构成
大面积机器人“敏感皮肤”，覆盖在机器人手臂表面，可
以检测机器人手臂运行过程中的各种物体。传感器发出的
光的波长大约在几百纳米范围内，是短波长的电磁波。红
外传感器具有以下特点：不受电磁波的干扰、非噪声源、
踪；
•
3） 热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；
•
4）红外测距和通信系统；
•
5） 混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。
• 2.23红外光简介
•
红外光是太阳光谱的一部分，红外光的最大特点就是具有光热效应，辐射热量，它是光谱中最
大光热效应区。 红外光一种不可见光，与所有电磁波一样，具有反射、折射、散射、干涉、
•
在日常生活中使用人体红外线传感器的实例有：人进门后门厅灯
和走廊灯自动点亮；自动抽水厕所；手放在水龙头下面能自动出水的自
动水龙头；此外还有防盗报警装置。
•
基于光生伏特效应而工作的光电池，在有光线作用下实质上就是
一个电源。电路中有了这种光电元件就不需外加电源，将来的手机或掌
上电脑如采用光电池的话，就无须充电或外加电池了，一旦无电，只要
可实现非接触性测量。另外，红外线（指中、远红外线）
不受周围可见光的影响，故可在昼夜进行测量。 同声纳
传感器相似，红外线传感器工作处于发射/接收状态。这种
传感器由同一发射源发射红外线，并用两个光检测器测量
反射回来的光量。由于这些仪器测量光的差异，它们受环
境的影响非常大，物体的颜色、方向、周围的光线都能导
感器就是其中的一种。
• 3.21人体热释电红外传感器和应用介绍被动式热释电红外 探头的工作原理及特性
•
一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的
红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。
人体发射的10UM左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红
即此时可拍摄到黑暗环境下肉眼看不到的影像。索尼数码摄像机首创了
红外线夜视摄影功能，能够在全黑环境下进行拍摄，甚至连肉眼也不能
分辨清楚的物体，现在也可以清晰地拍摄下来。这种夜视的特点是可以
在完全没有光线的条件下进行拍摄，但由于采用的是红外摄影，无法进
行彩色的还原，所以拍摄出来的画面是单色的，影像会变绿。
•
人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、
蓝、紫。其中红光的波长范围为0。62～0。76μm；紫光的波长范围为0。38～0。
46μm。比紫光光波长更短的光叫紫外线，比红光波长更长的光叫红外线最广义地
来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件，红外传
放到太阳下面晒一晒就会又有电了。光电池属于自发电型传感器，是全
世界科技人员竞相研究的有环保概念的新投术领域。
4.2在军事上的应用
• 在美国空袭伊拉克时，伊拉克首都大部分地区都 处于停电状态，这时除了防空曳光弹和导弹爆炸 引起的火光以外就只有月光或星光照明了，能见 度极差。我们在电视新闻上看到的从现场传回来 的录像片的画面都呈现绿色，说明电视记者在拍 摄时使用了红外线夜视仪，导致影像是绿色的， 如果不使用红外摄像技术，那么我们从电视画面 上将只能听到声音，而看不到任何影响了。
发射或者被它反射的电磁波。这些电磁波包括近紫外、红外线、可见光、微波等。
收集电磁波信息的装置叫做传感器。装载传感器的地方，称为平台。遥感就是用装
在平台上的传感器来收集（测定）由对象辐射或（和）反射来的电磁波，再通过对
这些数据进行分析和处理，获得对象信息的技术。遥感技术的迅速发展，一个重要
的因素是它应用于我们所生活的环境。
第五章 传感器市场发展前景
•
红外探测器应用可以用于非接触式的温度测量，气
体成分分析，无损探伤，热像检测，红外遥感以及军事目
标的侦察、搜索、跟踪和通信等。红外传感器的应用前景
随着现代科学技术的发展，将会更加广阔。在将来的发展 中，主要在红外传感器的性能和灵敏度将会得到大的提高。
• 传感器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥 着越来越重要的作用。人类社会对传感器提出的越来越高 的要求是传感器技术发展的强大动力。而现代科学技术突 飞猛进则提供了坚强的后盾。二十一世纪，人们一方面通
吸收等性质。红外光在真空中的传播速度为3×108m/s。红外光在介质中传播会产生衰减，在金 属中传播衰减很大，但红外辐射能透过大部分半导体和一些塑料，大部分液体对红外辐射吸收非 常大。
• 不同的气体对其吸收程度各不相同，大气层对不同波长的红外光存在不同的吸收带。红外辐射的 物理本质是热辐射。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，红外辐射的能量就越强。研究发
外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就
会失去电荷平衡，向外释放电荷，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号。
•
1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10UM左
右的红外辐射必须非常敏感。
•
2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲尼
过提高与改善传感器的技术性能；一方面通过寻找新原理、
新材料、新工艺及新功能来改善传感器性能，制造出更多 的传感器。而红外线传感器作为其中的一部分也必将得到 更大的发展。
现，太阳光谱各种单色光的热效应从紫色光到红色光是逐渐增大的，而且最大的热效应出现在红
外辐射的频率范围内，因此人们又将红外辐射称为热辐射或热射线。
第三章 红外线传感器的工作原理
• 3.1红外线传感器分类及其原理
• 红外线传感器依动作可分为：
• (1)将红外线一部份变换为热，藉热取出电阻值变化及电动势等输出信号之热型。
• 2.1红外传感器概念
•
定义：红外传感器（也称为红外探测器）是能将红外辐射能转换成电能的光敏器件。
• 2.22红外传感系统分类
•
红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：
•
1） 辐射计，用于辐射和光谱测量；
•
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
戒、目标侦查、武器热瞄准器、舰船导航等；在民用领域，
广泛应用与工业设备监控、安全监视、救灾、遥感、交通
管理以及医学诊断技术等。红外探测就是用仪器接受被探
测物发出或者反射的红外线，从而掌握被测物所处位置的
技术。作为红外探测系统的核心期间，红外传感器（也称
为红外探测器）的研究成为一个热点。
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第二章 红外传感器控制的理论依据