传感器作业红外传感器Word格式.docx

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红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这项技术在现代科技、国防科技和工农业科技等领域得到了广泛的应用。

本文着重研究红外传感器的原理及红外传感器的应用，即基于光电效应和热效应的传感器的科学原理及其在实际生产生活中的运用。

本文通过对传感器原理、光电效应、热效应、红外传感器的应用等的学习，分析了红外传感器的基本原理及其电量转化等的工作过程。

在目前自动化、智能化发展的趋势下，传感器的应用越来越广泛与重要，本文的研究目的即在于深入了解传感器的原理与基本结构以期站在本源的角度分析与应用红外传感器。

关键词：

光电效应；

热效应；

红外传感器

引言：

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。

而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。

为适应这种情况，就需要传感器。

因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。

一.红外传感器的基本原理：

光电效应：

光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能量转换成电能。

这类光致电变的现象被人们统称为光电效应（Photoelectriceffect）。

光电效应里电子的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金属表面射出，与光照方向无关。

光是电磁波，但是光是高频震荡的正交电磁场，振幅很小，不会对电子射出方向产生影响。

光电效应说明了光具有粒子性。

相对应的，光具有波动性最典型的例子就是光的干涉和衍射。

红外热效应：

电磁波的热效应通常是这样解释的：

物质内部有些分子是具有极性的，可以理解为一端带正电另一端带负电，按照正负相吸的原理，这样的分子会随外界电场取向。

电磁波是交变的电磁场，会使极性分子反复改变方向，分子的运动就是“热”。

电磁波的频率越高，热效应越强，但穿透力越差。

红外辐射：

红外辐射本质上是一种热辐射。

任何物体，只要它的温度高于绝对零度（-273℃），就会向外部空间以红外线的方式辐射能量，一个物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射这种形式来实现的。

物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，辐射的能量就越强。

另一方面，红外线被物体吸收后可以转化成热能。

红外线作为电磁波的一种形式，红外辐射和所有的电磁波一样，是以波的形式在空间直线传播的，具有电磁波的一般特性，如反射、折射、散射、干涉和吸收等。

红外辐射光谱：

红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，

按照功能能够分成五类：

（1）辐射计，用于辐射和光谱测量；

（2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；

（3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；

（4）红外测距和通信系统；

（5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。

红外传感器根据探测机理可分成为：

光子探测器（基于光电效应）和热探测器（基于热效应）。

红外热探测器

红外线被物体吸收后将转变为热能。

热探测器正是利用了红外辐射的这一热效应。

当热探侧器的敏感元件吸收红外辐射后将引起温度升高，使敏感元件的相关物理参数发生变化，通过对这些物理参数及其变化的测量就可确定探测器所吸收的红外辐射。

热探测器主要有4种类型：

热敏电阻型、热电阻型、高莱气动型和热释电型。

在这4种类型的探测器中，热释电探测器探测效率最高，频率响应最宽，所以这种传感器发展得比较快，应用范围也最广。

红外光子探测器

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，但探测波段较窄，一般工作于低温。

光子探测器和热探测器的主要区别是：

光子探测器在吸收红外能量后，直接产生电效应；

热探测器在吸收红外能量后，产生温度变化，从而产生电效应，温度变化引起的电效应与材料特性有关。

工作流程和原理：

（1）待测目标

　　根据待侧目标的红外辐射特性可进行红外系统的设定。

（2）大气衰减

　　待测目标的红外辐射通过地球大气层时，由于气体分子和各种气体以及各种溶胶粒的散射和吸收，将使得红外源发出的红外辐射发生衰减。

（3）光学接收器

　　它接收目标的部分红外辐射并传输给红外传感器。

相当于雷达天线，常用是物镜。

（4）辐射调制器。

对来自待测目标的辐射调制成交变的辐射光，提供目标方位信息，并可滤除大面积的干扰信号。

又称调制盘和斩波器，它具有多种结构。

（5）红外探测器

　　这是红外系统的核心。

它是利用红外辐射与物质相互作用所呈现出来的物理效应探测红外辐射的传感器，多数情况下是利用这种相互作用所呈现出的电学效应。

此类探测器可分为光子探测器和热敏感探测器两大类型。

（6）探测器制冷器

由于某些探测器必须要在低温下工作，所以相应的系统必须有制冷设备。

经过制冷，设备可以缩短响应时间，提高探测灵敏度。

（7）信号处理系统。

将探测的信号进行放大、滤波，并从这些信号中提取出信息。

然后将此类信息转化成为所需要的格式，最后输送到控制设备或者显示器中。

（8）显示设备。

这是红外设备的终端设备。

常用的显示器有示波器、显像管、红外感光材料、指示仪器和记录仪等。

依照上面的流程，红外系统就可以完成相应的物理量的测量。

红外系统的核心是红外探测器，按照探测的机理的不同，可以分为热探测器和光子探测器两大类。

下面以热探测器为例子来分析探测器的原理。

　　热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。

检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。

多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。

当元件接收辐射，引起非电量的物理变化时，可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。

二.红外传感器的应用

被动式人体移动检测仪：

工作原理是：

当有人进人传感器监测范围时，传感器监测范围内温度有△T的变化，热释电效应导致在两个电极上产生电荷△Q，即在两电极之间产生一微弱的电压△V。

由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。

由于热释电效应所产生的电荷△Q会被空气中的离子所结合而消失，当环境温度稳定不变时，△T=0，则传感

器无输出。

当人体进人检测区，通过菲涅尔透镜，热释电红外传感器就能感应到人体温度与背景温度的差异信号△T，则有相应的输出；

若人体进人检测区后不动，则温度没有变化，传感器也就没有输出。

因此，被动式人体移动检测仪的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。

红外辐射温度计：

既可用于高温测量，又可用于冰点以下的温度测量，所以是辐射温度计的发展趋势。

市售的红外辐射温度计的温度范围可以从-30℃~3000℃，中间分成若干个不同的规格，可根据需要选择适合的型号。

红外热释放传感器应用：

热释电元件在红外线检测中得到广泛的应用。

它可用于能产生远红外辐射的人体检测，如防盗门、宾馆大厅自动门、自动灯的控制等。

红外夜视仪：

红外夜视仪是一种利用红外成像技术达到侦察目的的设备。

夜晚，由于各种物体温度不同，辐射红外线的强度不同，在夜视仪中就会有不的图像。

红外夜视仪可以清楚地显示黑暗中发生的行为。

它可用于在夜间追捕罪犯。

红外遥感：

可见光不易通过水雾和浮尘，而红外线却容易绕过它们，应用这一特点发展起来的红外遥感和遥测技术有广泛的应用。

例如，气象卫星收集气象信息，以及应用红外监控航天飞机的返航等。

三．小结：

目前，全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。

有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。

红外传感技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。

新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。

随着科技的进一步发展，红外传感器与其它新型传感器相互配合，将会发挥更加重要的作用。