红外线传感器

防火防爆课程设计报告

题目名称燃油（气）锅炉火焰监控系统设计

——红外线传感器选型和传感接口电路选型学院（系）继续教育学院

专业班级油工101

学生姓名王涛（04）

指导教师杨雄（教授）

日期2012-2-12 至2012-4-20

目录

1 火焰探测器（传感器） (1)

1.1火焰探测器（传感器）的重要性 (1)

1.2火焰探测器（传感器）的工作原理 (1)

1.3火焰探测器（传感器）的选择方法 (2)

1.4火焰探测器（传感器）的种类及特点 (4)

1.5红外线火焰探测器的选型 (8)

2传感接口电路（光耦合器） (12)

2.1传感接口电路（光耦合器）的特点及优点 (12)

2.2传感接口电路（光耦合器）的工作原理 (13)

2.3传感接口电路（光耦合器）的选择方法 (14)

2.4传感接口电路（光耦合器）的种类 (15)

2.5传感接口电路（光耦合器）的选型 (15)

3 总结 (18)

4 参考文献 (19)

1.火焰探测器（传感器）

1.1火焰探测器（传感器）的重要性

在生产、加工、储存、使用和运输各种可燃物质的部门，比如飞机停机库、大型油气罐区、关键的石油化工装置及自动加工工厂等部门，都需要配备性能可靠、反应灵敏的火焰探测器。

我们在设计燃油（气）锅炉内部的火焰探测器时，也需要考虑传感器的特点。众所周知：若能在火苗刚刚燃起时，火焰探检器就能立即探测到“小火”，我们便能尽快采取灭火措施，从而避免或减少损失，往往比较容易奏效。因此，无论是单纯的火焰探测系统，还是作为自动灭火系统一部分的火焰检测，都对火焰探测探头提出了相当高的要求；首先是探头要有高的灵敏度，同时要有高的可靠性，再有就是希望探头要有大的检测距离，即有大的保护范围。一般，人们往往简单地认为，只要设计采用高灵敏度的紫外（UV）、红外（IR）传感器或紫外/红外（UV/ IR）传感器，就能达到灵敏探测的目的。但是，问题并不是人们所想象的那样简单。因为一般火焰探测器（探头）都安装在生产现场，而在现场存在许多并非火焰的红外光和紫外光辐射源，而这些随机可能出现的辐射能将会干扰火焰探测探头的正常工作，以致使探测器产生误报警，甚至真的当有火焰出现时，探测器倒反而不报警了，是相当危险的。因此，人们要求火焰探测器能够根据它所探测到的信号，做出正确的分析判断，区分究竟是“火焰”还是“干扰”，做到既不漏报警，也不误报警。[1]

1.2火焰探测器（传感器）的工作原理（红外线传感器）

火焰传感器利用红外线对对火焰非常敏感的特点，使用特制的红外线接受管来检测火焰，然后把火焰的亮度转化为高低变化的电平信号，输入到中央处理器中，中央处理器根据信号的变化做出相应的程序处理。

火焰传感器能够探测到波长在700纳米～1000纳米范围内的红外光，探测角度为60°，其中红外光波长在880纳米附近时候的灵敏度达到最大。远红外火焰探头

将外界红外光的强弱变化转化为电流的变化，通过A/D转换器反映为0～255范围内数值的变化。外界红外光越强，数值越小；红外光越弱，数值越大。[2]红外测距传感器利用红外信号遇到障碍物距离的不同反射的强度也不同的原理，进行障碍物远近的检测。红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，通过数字传感器接口返回到中央处理器主机，中央处理器即可利用红外的返回信号来识别周围环境的变化。

一般红外线传感器是由一只光电三极管构成，其电路图如下：

图一：红外线传感器电路图

当光电三极管接收到红外线信号时，其电阻减小，在管两端的电压分压减小，输出口电压上升，输入到AD转换芯片进行转换。[3]

1.3火焰探测器（传感器）的选择方法[4]

在提供解决方案的时候，选择合适的产品是很重要的一个环节，就传感器而言，种类就有很多，一旦选的不好，就会给后期工作带来很多的麻烦。因此，选择好一个合适的产品，是十分重要的。

1.3.1根据测量对象与测量环境确定传感器的类型

要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多

方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。

1.3.2灵敏度的选择

通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。

1.3.3频率响应特性

传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中，应根据信号的特点（稳态、瞬态、随机等）响应特性，以免产生过火的误差。

1.3.4线性范围

传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。

1.3.5精度

精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测