红外传感器及其应用

1、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

2、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

3、大的为红外线。红外传感器主要应用波长 0.840um 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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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(4)

10、 自动门，门扇行进轨道 : 就象火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使 其按特定方向行进。(5) 自动门，门扇吊具走轮系统 : 用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动 门扇运行。(6) 同步皮带(有的厂家使用三角皮带 ): 用于传输马达所产动力，牵引门扇吊 具走轮系统。(7) 下部导向系统 : 是门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现前 后门体摆动。 当门扇要完成一次开门与关门，其工作流程如下 : 感应探测器探测 到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行，同时监控马 达转数，以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。马达得到一定运行电流后 做正向运行，将动力传给同步

11、带，再由同步带将动力传给吊具系统使门扇开启; 门扇开启后由控制器作出判断，如需关门，通知马达作反向运动，关闭门扇。自动门的辅助配置1 感应器的选择 : 在高档酒店、写字楼，可以选择高灵敏度的感应器; 在人行道边上的银行、商店等经常有人路过的地方，选择窄区域的感应 器。2 安全辅助装置 : 在高档酒店等地方需要杜绝自动门的夹人事件，可以选择安 装防夹人红外感应器。3 安装门禁系统及电锁 : 在自助银行安装自动门，可以增加安装自助银行门禁 系统，加装电锁，以便实现对进出门的控制。4 配备后备电源 : 为保证停电时自动门也能工作正常，可以配备后备电源。 自动门的系统配置是指根据使用要求而配备的，与自

12、动门控制器相连的外围辅 助控制装置，如开门信号源、门禁系统、安全装置、集中控制等。必须根据建筑物 的使用特点。通过人员的组成，楼宇自控的系统要求等合理配备辅助控制装置。沟槽厕所节水器是对有沟槽便池使用的智能节水器。沟槽厕所是通过自动水箱 冲洗，有人没人使用都是注满水后自动冲洗。沟槽厕所节水器就在原自动水箱上方 安装电磁阀，通过红外探头来检测厕所的使用情况，如果有人进入控测区，机器则 发出相应的指令控制电磁阀的开断，从而控制水箱的开关，最终达到智能冲洗的效 果，从而避免厕所无人使用时也冲洗。沟槽厕所节水器可用于学校、汽车站、火车 站等公共厕所。在实际生产中，可以将红外传感器做成一定特殊功能的模块

13、，或者集成电路， 用来进行批量生产，也使其使用更加标准化。结束语:红外传感器是一类应用非常广泛的传感器，其功能非常强大，对红外传感器的 研究与设计有着非常大的前景，红外传感器性能良好，灵敏度高，响应速度快，具 有较高的响应频率 ; 能适应较广的温度范围，工作可靠而且系统成本低，监控范围 广。利用红外传感器制作的报警设备使用非常方便。在自动控制方面，利用红外传 感器制作来检查产品数量，产品质量的自动检测与控制设备使用非常的方便。由于红外温度传感器实现了无接触测温、远距离测量高温等功能，进而将大部 分操作人员从较恶劣的环境中解放出来了，原来必须要穿防高温工作服才能工作的 操作工人，现在不用再穿上那

14、些不方便的工作装，而且可以在一个更加原来安全、 舒适的环境中工作。红外温度传感器的这些特点令广大用户对其大感兴趣。红外温度传感器在餐饮行业中的应用也在不断增长。利用红外传感器制作的食 品温度检测设备可以在人体不接触食品的情况下进行温度监督和记录，因而食品不 会被污染。基于这样的原因，红外传感器在此领域得到了广泛应用。光纤红外传感器还具有抗电磁和射频干扰的特点，这为便携式红外传感器在汽 车行业中的应用又开辟了新的市场。随着红外测温技术的普遍应用，一种新型的红外技术智能 (Smart) 数字红外 传感技术正在悄然兴起。这种智能传感器内置微处理器，能够实现传感器与控制单 元的双向通信，具有小型化、数

15、字通信、维护简单等优点。当前，各传感器用户纷 纷升级其控制系统，智能红外传感器的需求量将会继续增长，预计短期内市场还不 会达到饱和。与此同时软件生产商还开发出了与之相配套的软件系统，其友好的图形操作界 面、高低温报警、发射率可调、读取记忆功能、响应时间短等性能，令红外温度传 感器在业内更加受到欢迎。另外，随着便携式红外传感器的体积越来越小，价格逐渐降低，在食品、采暖 空调和汽车等领域也有了新的应用。比如用在食品烘烤机、理发吹风机上，红外传 感器检测温度是否过热，以便系统决定是否进行下一步操作，如停止加热，或是将 食品从烤箱中自动取出，或是使吹风机冷却等。随着更多的用户对便携式红外温度 传感器的了解，其潜在用户正在增加。所以在科技高速发达的今天，红外传感器有着非常大的发展前景。参考文献 :王化祥，张淑英。传感器原理