《传感器技术与应用》课件-12.5红外温度传感器

传感器技术与应用12.5红外温度传感器12.5.1红外辐射红外传感器按应用可分为：热成像遥感技术；红外搜索(跟踪目标、确定位置)、通讯；红外辐射测量；红外测距、测温等。红外辐射的物理本质是热辐射，人、动物、植物、火、水都有热辐射，只是波长不同而已；一个炽热的物体向外辐射能量，大部分是通过红外线辐射出来的，温度越高辐射红外线越多，辐射能越强。长波短波12.5.1红外辐射红外辐射俗称红外线，是一种不可见光，其光谱位于可见光中红色以外，所以称红外线，波长约0.75～1000μm。红外辐射是介于可见光和微波之间的电磁波；红外波长比无线电波的波长短，所以红外仪器的空间分辨率比雷达高；红外波长比可见光的波长长，因此红外线透过阴霾的能力比可见光强。可见光红外线微波12.5.1红外辐射红外线和电磁波一样，以波的形式在空间传播，因为空气中氮、氢、氧不吸收红外线，使大气层对不同的波长红外线存在不同吸收带;红外线在通过大气层时有三个波段通过率最高：2～2.6μm,3～5μm,8～14μm这三个波段对红外探测技术非常重要，遥感红外探测器一般工作在这三个波段。红外12.5.2红外辐射探测器红外传感器有两部分组成：1）红外辐射源有红外辐射的物体就可以视为红外辐射源；根据辐射源的几何尺寸、距离远近可视为点源和面源；（红外辐射基准源—黑体炉）2）红外探测器指能将红外辐射能转换为电能的热敏和光敏器件。红外线热、光电能12.5.2红外辐射探测器红外探测器主要有两大类型：1）（热电型）热探测器

包括有：热释电元件、热敏电阻、热电偶等；2）（量子型）光子探测器利用某些半导体材料在红外辐射的照射下产生光电子效应，使材料电学性质发生变化；

其中有：光敏电阻、光敏管、光电池等。量子型光子探测器与光电传感器原理相同，本节主要介绍热电型红外探测器。12.5.2红外辐射探测器1.热释电效应热释电元件主要利用热释电效应

热探测器利用红外辐射的热效应，探测器吸收辐射能后引起温度升高，使其它物理量变化；热释电元件首先将光辐射能变成材料自身的温度，利用器件对温度的敏感特性将温度变化转换为电信号；包括了光—热—电，两次信息变换过程。光——热阶段，物质吸收光能，温度升高；热——电阶段，利用某种效应将热能转换为电信号光热电12.5.2红外辐射探测器1.热释电效应热释电材料

晶体、陶瓷、塑料等铁电体。

铁电体-压电体、热电体、透明的光电晶体。热释电元件结构

把具有热释电效应的晶体薄片两面镀上电极，将透明电极涂

上黑色膜使晶体有利于吸收红外线。晶体本身具有一定极化强度P；

当红外辐射照射到已经极化的铁电体表面时，薄片温度T升

高，表面释放部分电荷，电荷减少，使极化强度降低▲P，

所以称热释电。P黑色膜电极透明电极ΔPΔPPΔTT/℃自发极化1.热释电效应热释电传感器只能检测变化的信号，检测时辐射源必须晃动才有信号输出。通常采用菲涅尔透镜对移动信号进行放大，菲涅尔透镜相当于光栅作用可放大移动信号；菲涅尔透镜在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，与一般的放大镜不同，它的表面布满了微小的条纹，在它旋涡状条纹中包含着许多凸透镜（简称圆环状），使得穿过它的光线弯曲即产生衍射现象，从而形成放大的影像。12.5.2红外辐射探测器热释电元件2.热释电元件及等效电路热释电元件可视为电流源，热释电材料只有在温度变化时才产生电流：12.5.2红外辐射探测器输出电压：式中：S—元件面积；

g—热释电系数；

P—极化强度。热释电元件等效电路红外传感器主要用于红外测温、遥控器、红外监控报警器；红外摄像机、夜视镜；控制装置：自动门、干手机、自动水龙头等；红外无损检测：通过测量热流或热量来检测、鉴定金属或非金属材料的质量和内部缺陷；红外成像技术，红外变像管成像、红外摄像管成像、电荷耦合器件（CCD）成像。12.5.3红外传感器应用总结与思考