第四章(1)红外传感器技术

1、第四章(1) 红外传感器技术 红外传感器技术 第四章 物理量传感器及阵列技术(1) 11:35 红外传感器技术 电子科技高校 传感器原理与技术 课程组 制作 红外传感器技术 目 录 11:35 一、红外辐射的基本学问 二、红外传感器 三、红外测温 四、红外成像五、红外分析仪 六、红外无损检测本章小结 电子科技高校 传感器原理与技术 课程组 制作 红外传感器技术 11:35 一、红外辐射的基本学问1、红外辐射 2、红外辐射术语 3、红外辐射源 电子科技高校 传感器原理与技术 课程组 制作 红外传感器技术 11:35 1、红外辐射 红外辐射俗称红外线，它是一种人眼看不见的光线。但实际 上它和其它任

2、何光线一样，也是一种客观存在的物质。任何 物体，只要它的温度高于肯定零度，就有红外线向四周空间 辐射。 红外线是位于可见光中红光以外的光线，故称为红外线。它 的波长范围大致在0.76m(或0.77m)到1000m的频谱范 围之内。相对应的频率大致在41014-31011hz之间。 红外线与可见光、紫外线、x射线、射线和微波、无线电 波一起构成了整个无限连续的电磁波谱。电子科技高校 传感器原理与技术 课程组 制作 红外传感器技术 11:35 电磁波谱图 电子科技高校 传感器原理与技术 课程组 制作 红外传感器技术 11:35 红外分区：在红外技术中，一般将红外辐射分为4个区域 近红外区: 770

3、 1.5103 nm 中红外区:远红外区: 极远红外区: 1.5103 6103 nm6103 40103 nm 40103 1000 103 nm 留意：这里所说的远近是指红外辐射在电磁波谱中与可见光的距离。电子科技高校 传感器原理与技术 课程组 制作 红外传感器技术 11:35 红外辐射的物理本质 红外辐射的物理本质是热辐射。物体的温度越高，辐射出来的红外线越 多，红外辐射的能量就越强。讨论发觉，太阳光谱各种单色光的热效应 从紫色光到红色光是渐渐增大的，而且最大的热效应消失在红外辐射的频率范围内，因此人们又将红外辐射称为热辐射或热射线。 试验表明：波长在0.1-1000m之间的电磁波被物体

4、汲取时，可以显著 地转变为热能。可见，载能电磁波是热辐射传播的主要媒介物。 电子科技高校 传感器原理与技术 课程组 制作 红外传感器技术 11:35 红外汲取及红外窗口 红外辐射在大气中传播时，由于大气中的气体分子、水蒸汽 以及固体微粒、尘埃等物质的汲取和散射作用，使辐射能在 传输过程中渐渐衰减。空气中对称的双原于分子，如n2,h2, o2不汲取红外辐射，因而不会造成红外辐射在传输过程中衰减。 红外辐射在通过大气层时被分割成三个波段，即2-2.6m, 3-5m和8-14m,统称为“大气窗口”。这三个大气窗口对 红外技术应用特殊重要，由于一般红外仪器都工作在这三个 窗口之内。 电子科技高校 传感

5、 器原理与技术 课程组 制作 红外传感器技术 11:35 通过一海里长度的大气透过率曲线 为什么2-2.6m,3-5m和8-14m这三个波段 被称为“大气窗口”呢？电子科技高校 传感器原理与技术 课程组 制作 红外传感器技术 11:35 2、红外辐射术语 电子科技高校 传感器原理与技术 课程组 制作 红外传感器技术 11:35 红外辐射术语(续) 电子科技高校 传感器原理与技术 课程组 制作 红外传感器技术 11:35 3、红外幅射源 当物体温度高于肯定零度时，都有红外线向四周空间辐射出来。 依据辐射源几何尺寸的大小和距探测器的远近，又分为点源和面源。 点源：没有布满红外光学系统瞬时现场的大面

6、源叫做点源。面源：一般状况下，把布满红外光学系统瞬时视场的大面辐射源叫 做面源。 电子科技高校 传感器原理与技术 课程组 制作 红外传感器技术 11:35 二、红外传感器本小节的主要内容： 1、常见红外传感器 2、红外传感器的性能参数 3、红外传感器使用中应留意的问题 电子科技高校 传感器原理与技术 课程组 制作 红外传感器技术 11:35 定义： 红外传感器(也称为红外探测器)是能将红外 辐射能转换成电能的光敏器件，它是红外探测系统 的关键部件，其性能好坏，将直接影响系统性能的 优劣。因此，选择合适的、性能良好的红外传感器， 对于红外探测系统是非常重要的。 电子科技高校 传感器原理与技术 课

7、程组 制作 红外传感器技术 11:35 1、常见红外传感器 (1)热传感器 (2)光子传感器 电子科技高校 传感器原理与技术 课程组 制作 红外传感器技术 11:35 (1)热传感器 热传感器是利用入射红外辐射引起传感器的温度变化，进 而使相关物理参数发生相应的变化，通过测量有关物理参 数的变化来确定红外传感器所汲取的红外辐射。 热传感器的主要优点是：响应波段宽、可以在室温下工作、 使用简洁。但是，热传感器响应时间较长、灵敏度较低， 一般用于低频调制的场合。 热传感器主要类型有：热敏电阻型、热电偶型、高莱气动 型和热释电型四种。电子科技高校 传感器原理与技术 课程组 制作 红外传感器技术 11

8、:35 (1.1) 热敏电阻型传感器 热敏电阻是由锰、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，当红外辐射照耀在热敏电阻片上， 其温度上升，电阻值减小。测量热敏电阻值变化的大小，即可得知入射红外辐射的强弱，从而可以推断产生红外辐射物 体的温度。 热敏电阻型红外传感器结构如下图所示。 电子科技高校 传感器原理与技术 课程组 制作 红外传感器技术 11:35 热敏电阻型 红外传感器结构 热敏电阻型红外传感器由锰、镍、钴的氧化物混合后烧结 而制成。 热敏电阻一般制成薄片状， 当红外辐射照耀在 热敏电阻 上时，其温度上升、内部粒 子的无规律运动加剧、自由 电子的数目随温度上升而增 加、

9、电阻减小。电子科技高校 传感器原理与技术 课程组 制作 红外传感器技术 11:35 (1.2) 热电偶型传感器 材料：热电偶是由热电功率差别较大的两种金属材料(如铋/银、 铜/康铜、铋/铋锡合金等)构成。 原理：当红外辐射入射到热电偶回路的测温接点上时，该接点温度 上升，而另一个没有被红外辐射辐照的接点处于较低的温度，此时， 在闭合回路中将产生温差电流，同时回路中产生温差电势。温差电 势的大小，反映了接点汲取红外辐射的强弱。 利用温差电势现象制成的红外传感器称为热电偶型红外传感器，因 其时间常数较大，响应时间较长，动态特性较差，调制频率应限制 在10hz以下。 在实际应用中，往往将几个热电偶串联起来组成热电堆来检测红外 辐射的强弱。电子科技高校 传感器原理与技术 课程组 制作 红外传感器技术 11:35 (1.3)高莱气动型传感器 结构 原理 电子科技高校 传感器原理与技术 课程组 制作 红外传感器技术 11:35 高莱气动型传感器