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红外线传感器


平顶山工业职业技术学院

红外线传感器
专业:电气自动化对口一班 姓名:田胜立

问题思考:自动门如何探测人的靠近?

红外线的基本知识
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 ? 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。
?

一、红外辐射的基本特点
1、是一种不可见光。 波长范围大致在 0.75~1000 μ,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。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 对零度以上,都有红外线向周围空间辐射(光谱 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2~2.6μm、3~5 μm和8~14 μm,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。

二、红外辐射的性质
金属对红外辐射衰减非常大,一般金属基本 不能透过红外线。 ? 气体对红外辐射也有不同程度的吸收。 ? 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。 ? 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。
?

三、红外辐射的基本定律
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α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。

Er ? ?E0

Er :物体在单位面积和单位时间内发射出 来的辐射能

α :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的能量, 为常数 ?
? ?
?

?

? 100 %

? ? : 辐射到物体上的红外光 ? p :被物体所吸收的红外

p

能量 光能量

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α =1,加热后,发射热辐射与比 任何物体都大。 镜体:能全部反射红外辐射的物体。 透明体:能全部透过红外辐射的物体。 灰体:能部分反射或吸收红外辐射的 物体

四、红外传感器
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。 ? 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: ? (1)可昼夜测量。 ? (2)不必设光源。 ? (3)适用于遥感技术。
?

四—1热释电型红外传感器
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。

热释电型红外传感器使用注意事项
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;3-FZT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的等效电路

4—2、红外探测器的组成
红外探测器由光学系统,敏感元件,前置 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 膜 5.次反射镜 6. 主反射镜

4.聚乙烯薄

(2)透射式红外探测器

1.光谱 2.保护窗口 3.光栅 6. 敏感元件 7.前置放大器

4.透镜

5.浸没透镜

五、红外传感器应用
? 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8~14um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。

红外测温仪电路比较复杂,包括前置放大器、选频放大、 温度补偿、线性化、发射率调节等。目前已经有一种带 单片机的智能红外测温仪,利用单片机与软件的功能, 大大简化了硬件电路,提高了仪表的稳定性、可靠性和 准确性。 红外测温仪的光学系统可以是透射式,也可以是反射式。

红外线气体分析仪
? 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 ? 不同。

3、红外无损探伤仪

4、工业用红外线气体分析仪

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

红外无损探伤
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”。 ? 红外无损探伤仪可以用来检查部件内部缺 陷,对部件结构无任何损伤。例如,检查两 块金属板的焊接质量,利用红外辐射探伤仪 能十分方便地检查漏焊或缺焊;为了检测金 属材料的内部裂缝,也可利用红外探伤仪。
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这些是现在无损探 伤技术的仪器、电 脑软件及在电脑中 的红外无损探伤的 显示。

红外无损探伤的特点是加热和探伤设备都比较简单,能 针对各种特殊的需要设计出合适的监测方案。因 此他的应用 范围比较广 泛,例如金 属、陶瓷、 塑料、橡胶、 等材料中的 裂缝、孔洞、 异物、气泡、 截面变形等 各种缺陷的 探伤,结构的检查,焊接质量的鉴定以及电子器件和线 路的可靠性的检测等,都可以用红外无损探伤来解决。

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