红外传感器(最全的)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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”
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。
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
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。
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。
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。
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
电磁波谱图
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。
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。
菲涅尔透镜
Φ 5mm接
插件
2020/10/9
15
热释电报警器（续）
吸顶式 热释电报警器
2020/10/9
16
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。
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。
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。
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。
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）
电介质
红外光
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － －
－ － －
－ 黑色膜
电极
Ps
0
E
＋
（a）一般电介质
Ps
0
E
ຫໍສະໝຸດ Baidu
（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
菲涅尔透镜
2020/10/9
菲涅尔透镜
热释电晶片
11
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。
2020/10/9
12
热释电套件
2020/10/9
13
热释电报警器
菲涅尔透镜
设定按钮
高分贝喇叭
2020/10/9
14
热释电报警器（续）
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”
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。
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
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。
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。
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。
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
电磁波谱图
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。
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。
菲涅尔透镜
Φ 5mm接
插件
2020/10/9
15
热释电报警器（续）
吸顶式 热释电报警器
2020/10/9
16
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。
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。
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。
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。
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）
电介质
红外光
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － －
－ － －
－ 黑色膜
电极
Ps
0
E
＋
（a）一般电介质
Ps
0
E
ຫໍສະໝຸດ Baidu
（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
菲涅尔透镜
2020/10/9
菲涅尔透镜
热释电晶片
11
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。
2020/10/9
12
热释电套件
2020/10/9
13
热释电报警器
菲涅尔透镜
设定按钮
高分贝喇叭
2020/10/9
14
热释电报警器（续）