红外传感器模板

……….红外传感器……….
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

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
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。
1 00 80 60 CO 40 20 0 1 00 80 60 CO2 40 20 0 1 00 80 60 CH4 40 20 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 5 6 7 8 9 / m / m
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）
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。
E
黑色膜 电极
0 0
电介质
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － － － －
＋
（a）一般电介质
（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 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。
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。.
红外光 －
＋ ＋ ＋
Ps
E
Ps
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
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。

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。
透 射 率 / (%)
C2 H2
透 射 率 / (%)
C2 H6
透 射 率 / (%)
C2 H4
10 11 12 13 14 15
几种气体对红外线的透射光谱
第12章 辐射式传感器 12.1 红外线传感 器
传感器原理及应用
抛物体反射镜 光源 切光片
如CO气体和CO2在4～5 μ m波段 内红外吸收光谱有部分重叠，则 CO2的存在对分析CO气体带来影 响，这种影响称为干扰。为此在 测量边和参比边各设置了一个封

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。

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； （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，由以上各类系统中的两个或者多个组合 而成。
是静止着还是走动着。
上 下 范 围
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。
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。
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。
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. 2. 远距离、非接触测量，适应于高速、带电、高温、高压； 反映速度快，不需要达到热平衡过程，反映时间在μs 量级； 3. 4. 5. 灵敏度高，辐射能与温度T成正比； 准确度高，可达0.1℃内； 应用范围广泛，0下～上千度。
.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） 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。 ..
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
热释电传 感器
2018/10/26
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自动感应灯
（参考施特朗公司资料）
2018/10/26
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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 左右范围 出屋内是否有人，微 空调中，热释电传感器的菲涅尔 处理器据此自动调节 空调的出风量，以达 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 到节能的目的。
菲涅尔透镜
Φ 5mm接 插件
2018/10/26
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热释电报警器（续） 吸顶式 热释电报警器
2018/10/26
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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。 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。
10um以上，300um以上的区域又称为“亚毫米波”
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。