红外传感器及其应用

红外传感器及其应用

红外传感器及其应用

题目: 红外传感器及其应用学院名称: 指导老师: 职称: 班级: 学号: 学生姓名:

2010年5月25日

前言:

在科技高度发达的今天，自动控制和自动检测在人们的日常生活和工业控制所占的比例也越来越重，使人们的生活越来越舒适，工业生产的效率越来越高。而传感器是自动控制中的重要组成部件，是信息采集系统的重要部件，通过传感器将感受或响应的被测量转换成适合输送或检测的信号(一般为电信号)，再利用计算机或者电路设备对传感器输出的信号进行处理从而达到自动控制的功能，由于传感器的响应时间一般都比较短，所以可以通过计算机系统对工业生产进行实时控制。红外传感器是传感器中常见的一类，由于红外传感器是检测红外辐射的一类传感器，而自然界中任何物体只要其稳定高于绝对零度都将对外辐射红外能量，所以红外传感器称为非常实用的一类传感器，利用红外传感器可以设计出很多实用的传感器模块，如红外测温仪，红外成像仪，红外人体探测报警器，自动门控制系统等。

关键词:红外传感器，自动控制，信号，器件设备，系统

红外辐射俗称红外线，是一种人眼看不见的光线。自然界中任何物体只要其温度高于绝对零度(-273.15?)，都将以电磁波形式向外辐射能量——热辐射，物体温度越高，辐射出的能量越多，波长越短。从紫外线到红外线辐射的热效应逐渐增大，而热效应最大的为红外线。红外传感器主要应用波长0.8~40um的红外线。红

外线具有和可见光一样的性质:沿直线传播;服从反射定律和折射定律;有干涉、衍射、偏振现象;具有散射、吸收特性。

红外传感器是将红外辐射能转换为电信号的器件，也称红外器件或红外探测器，是红外检测系统的关键部件。常用的红外传感器有热传感器和光子传感器。

热传感器是利用入射红外辐射引起传感器的温度变化，然后利用器件的某种温度敏感特性把温度变化转换成相应的电信号;或者利用器件的某种温度敏感特性来调节电路种的电流强度的大小，从而得到相应的电信号。由此达到探测红外辐射的目的。

热敏电阻型红外传感器是由锰，镍，钴的氧化物混合后烧结而成的，热敏电阻一般制成薄片状，当红外辐射照射在热敏电阻上时，其温度升高，电阻值减小。测量热敏电阻阻值变化的大小，即可得知入射红外辐射的强弱，从而可以判断产生红外辐射物体的温度。测量电路可以采用一般的桥式测量电路。

热释电型红外传感器是利用热释电效应做成的红外传感器，若使某些强电介质物质的表面温度发生变化，在这些物质的表面上就会产生电荷的变化，这种现象称为热释效应。适用制作热释电红外传感器的光敏元件的材料很多，以压电陶瓷和陶瓷氧化物最多。钽酸锂(LiTaO3)、硫酸三甘钛(LATGS)记锆钛酸铅(PZT)制成的热释电型

红外传感器目前用得极广。今年来开发的具有热释电性能的高分子薄膜聚偏二氟乙烯(PVF2)，以称为用于红外成像器件、火灾报警传感器等。

热释电元件不能像其他光敏元件那样连续地接受光照，因为极化电荷在元件的表面不是永存的，只要一出现，很快就会与环境中的电话中和，或者漏泄。所以必须将入射光调制成脉冲光，是热释电元件连续地接受光照，使其表面电荷周期性的出现，根据取出的交变电信号的幅值检测光强。热释电红外敏感元件的内阻极高，

同时其输出电压信号又极其微弱，因此，需要进行阻抗变换和信号放大才能应用，否则不能有效地工作。热释电红外传感器电路如图1

光子红外传感器是利用某些半导体材料在入射光的照射下，产生光子效应，使材料电学性质发生变化，通过测量其电学性质的变化，可以知道相应的红外辐射的强弱。利用光子效应所制成的红外传感器统称为光子探测器。

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;但一般需要在低温下工作，探测波段较窄。

红外传感器的应用

红外传感器的应用非常广泛，可以做成红外测温系统、红外成像系统、红外分析、和报警与控制系统。

红外测温是比较先进的测温方法，具有很多优点，适用于远距离和非接触测量，可以测量高速运动物体，带点物体和高温、高压物体的温度测量;相应时间快，一般在毫秒级;灵敏度高;应用范围非常广，可以从摄氏零下几十度到零上几千度。利用红外传感器原理可以做成红外测温仪，红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内疗的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。

在很多场合，人们不仅需要知道物体表面的平均温度，更想了解物体的温度分布红外成像能把物体的温度分布转换成图像以直观、形象的热图显示出来，根据成

像器件的不同可以:红外变像管成像，红外摄像管，光子耦合摄像器件等，其中光子耦合摄像器件是比较理想的固体成像器。

红外传感器在日常生活中最常见的应用是自动门控制系统和沟槽厕所节水器。

在一些高级饭店、宾馆和公共场所都设有自动门，当人走到门前时，门会自动打开，人过后会自动关闭，达到全自动控制的目的。

1(开启动作

当人靠近自动门时，设置于门内外侧的检测装置(垫开关、红外线开关、光线开关等)将其检测出来，之后，信号送到控制装置。控制装置接到该信号后驱动马达向门的开启方向—马达的旋转带动减速器、皮带轮、皮带或链条，使门向开启方向运动。当门接近门挡通过开启制动位置时，制动力作用于马达，门减速，其速度变为徐行速度，行至门挡位置后停止。

2(关闭动作

当人离开检测装置的检测范围，开启定时器定时结束后(该时间设定可以调整)，控制装置将马达逆转，使门向关闭方向动作，门徐行后在门挡位置停止。

自动门主要有:旋转自动门、弧形自动门、平滑自动感应门、平开自动感应门、折叠自动感应门、重叠自动门、医用自动门、卷闸自动门、车库自动门、特种自动门。

门机组由以下部件组成: 自动

(1) 主控制器:它是自动门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作;同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。

(2) 感应探测器:负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号;

(3) 动力马达:提供开门与关门的主动力，控制门扇加速与减速运行。