红外线传感器

1、 v红外线传感器是利用物体产生红色辐射的特 性实现自动检测的传感器 v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。 1、是一种不可见光不可见光。 波长范围大致在 0.751000 ，相对应频率大致在 HZ之间。 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。 2、红外辐射的物理本质是热辐射热辐射。一个炽热物体 向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射出来的。 物体的温度越高，辐射出来的

2、红外线越多，辐射能 量就越强。自然界中的任何物体，只要温度在绝自然界中的任何物体，只要温度在绝 对零度以上，都有红外线向周围空间辐射对零度以上，都有红外线向周围空间辐射（光谱光谱 中最大光热效应区中最大光热效应区）。 3、具有反射、 折射、散射、干涉、吸收等特性， 它在真空中也以光速传播，具有明显的波粒二相性。 4、 大气层对不同波长的红外线存在不同的吸收 带，红外线在通过大气层时，有三个波段透过率高， 它们是22.6m、35 m和814 m，统称它 们为“大气窗口”。这三个波段对红外探测技术特 别重要，因此红外探测器(如遥感探测)一般都工作 在这三个波段（大气窗口）之内。 v金属对红外辐射衰

3、减非常大，一般金属基本 不能透过红外线。 v气体对红外辐射也有不同程度的吸收。 v介质不均匀、晶体材料的不纯洁、有杂质或 悬浮小颗粒等都会引起对红外辐射的散射。 v实践证明，温度越低的物体辐射的红外线波 长越长。由此在应用中根据需要有选择的接 受某一定范围的波长，就可以达到测量的目 的。 1、希尔霍夫定律 一个物体向周围辐射能量的同时，也 吸收周围物体的辐射能，希尔霍夫定律指 物体的辐射发射量Er和吸收率之比与物 体的性质无关，总等于同一温度下绝对黑 体的辐射能量。 0 EE r Er ：物体在单位面积和单位时间内发射出 来的辐射能 ：物体对辐射能的吸收系数 E0 ：等价于黑体在相同温度时辐射

4、的能量， 为常数 %100 p 光能量：被物体所吸收的红外 能量辐射到物体上的红外光 p : 黑体：黑体：能全部吸收投射到其表面的红外辐 射的物体。是在任何温度下全部吸收任何 波长辐射的物体，吸收本领与波长和温度 无关，即 =1，加热后，发射热辐射与比 任何物体都大。 镜体：镜体：能全部反射红外辐射的物体。 透明体透明体：能全部透过红外辐射的物体。 灰体：灰体：能部分反射或吸收红外辐射的 物体 v 用红外线作为检测媒介，来测量某些 非电量，这样的传感器叫做红外传感器。 v 与用可见光作为媒介的检测方法相比， 红外传感器具有以下几方面的优点： v（1）可昼夜测量。 v（2）不必设光源。 v（3）

5、适用于遥感技术。 由于热释电型红外传感器的输入阻抗极高， 非常容易引入噪声，因此最好能够对它进 行电学屏蔽。在采用金属封装的情况下， 因为外壳接地，所以本身就可以作为屏蔽 使用，而在塑料封装的情况下，则需要有 另外的屏蔽方法。 由于热释电型红外传感器 的输入阻抗极高，非常容易 引入噪声，因此最好能够对 它进行电学屏蔽。在采用金 属封装的情况下，因为外壳 接地，所以本身就可以作为 屏蔽使用，而在塑料封装的 情况下，则需要有另外的屏 蔽方法。 1内接线；2氧化膜；3FZT组件； 4铝件；5接脚； 6场效应晶体管EFT；7空洞 图7.12 热释电型红外传感组件的基本结构 图为： 热释电型红外传感组件

6、的等效电路 红外探测器由光学系统，敏感元件，前置光学系统，敏感元件，前置 放大器、信号调制器放大器、信号调制器组成，光学系统是其 重要组成部分，根据光学系统的结构分为 反射式和透射式两种。 （1）反射式红外探测器 1.浸没透镜 2.敏感元件 3.前置放大器 4.聚乙烯薄 膜 5.次反射镜 6. 主反射镜 （2）透射式红外探测器 1.光谱 2.保护窗口 3.光栅 4.透镜 5.浸没透镜 6. 敏感元件 7.前置放大器 v红外测温仪是利用热辐射体在红外波段 的辐射通量来测量温度。当物体温度低 于1000时，他向外辐射的不再是可 见光而是红外光，可用红外探测器检测 其温度 如图，是目前最常见的红外测

7、温仪结构框图。他是光、 机、电一体化的红外测温系统。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814um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。 v红外气体分析仪是根据气体对红外线 具有选择性吸收的特性来对气体成分 进行分析。不同的气体的吸收波段 v不同。 1光源 2抛物体反射镜 3同步电动机 4切光片 5滤波气室 6参比室 7测量室 8红外探测器 9放大器 v利用红外探测器检查工件内部的缺陷，也是 红外测温的一种应用。而且是一种很巧妙的 应用。例如A、B两块金属板焊接在一起，其 交界是否焊接良好，有没有漏焊的部位呢？ 如何在不使部件受任何损伤的情况下进行检 测呢？红外测温技术就能完成这样的任务， 这就是“红外无损探伤技术”。 v红外无损探伤仪可以用来检查部件内部缺 陷