紅外線感測器

紅外線感測器是利用紅外線來進行數據處理的一種感測器，有靈敏度高等優點，紅外線感測器可以控制驅動裝置的運行。

紅外線感測器常用於無接觸溫度測量，氣體成分分析和無損探傷，在醫學、軍事、空間技術和環境工程等領域得到廣泛套用。例如採用紅外線感測器遠距離測量人體表面溫度的熱像圖，可以發現溫度異常的部位。

基本介紹

• 中文名：紅外線感測器
• 外文名：infrared transducer
• 原理：紅外線來進行數據處
• 優點：靈敏度高
• 領域：測繪科學與技術
• 常用於：無接觸溫度測量

基本介紹

利用紅外線的物理性質來進行測量的感測器。紅外線又稱紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質。任何物質，只要它本身具有一定的溫度（高於絕對零度），都能輻射紅外線。紅外線感測器測量時不與被測物體直接接觸，因而不存在摩擦，並且有靈敏度高，反應快等優點。

紅外線感測器包括光學系統、檢測元件和轉換電路。光學系統按結構不同可分為透射式和反射式兩類。檢測元件按工作原理可分為熱敏檢測元件和光電檢測元件。熱敏元件套用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時溫度升高，電阻發生變化（這種變化可能是變大也可能是變小，因為熱敏電阻可分為正溫度係數熱敏電阻和負溫度係數熱敏電阻），通過轉換電路變成電信號輸出。光電檢測元件常用的是光敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及矽摻雜等材料製成。

紅外線感測器常用於無接觸溫度測量，氣體成分分析和無損探傷，在醫學、軍事、空間技術和環境工程等領域得到廣泛套用。例如採用紅外線感測器遠距離測量人體表面溫度的熱像圖，可以發現溫度異常的部位，及時對疾病進行診斷治療（見熱像儀）；利用人造衛星上的紅外線感測器對地球雲層進行監視，可實現大範圍的天氣預報；採用紅外線感測器可檢測飛機上正在運行的發動機 的過熱情況等。

具有紅外感測器的望遠鏡可用於軍事行動，林地戰探測密林中的敵人，城市戰中探測牆後面的敵人，以上均利用了紅外線感測器測量人體表面溫度從而得知敵人所在地。

類型

紅外線感測器依動作可分為：

(1) 將紅外線一部份變換為熱，藉熱取出電阻值變化及電動勢等輸出信號之熱型。

(2) 利用半導體遷徙現象吸收能量差之光電效果及利用因PN 接合之光電動勢效果的量子型。

熱型的現象俗稱為焦熱效應，其中最具代表性者有測輻射熱器 (Thermal Bolometer)，熱電堆(Thermopile)及熱電(Pyroelectric)元件。

熱型的優點有：可常溫動作下操作，波長依存性(波長不同感度有很大之變化者)並不存在，造價便宜；

缺點：感度低、回響慢(mS之譜)。

量子型 的優點：感度高、回響快速(μS 之譜)；

缺點：必須冷卻(液體氮氣) 、有波長依存性、價格偏高；

紅外線感測器特別是利用遠紅外線範圍的感度做為人體檢出用，紅外線的波長比可見光長而比電波短。紅外線讓人覺得只由熱的物體放射出來，可是事實上不是如此，凡是存在於自然界的物體，如人類、火、冰等等全部都會射出紅外線，只是其波長因其物體的溫度而有差異而已。人體的體溫約為36～37°C，所放射出峰值為9～10μm的遠紅外線，另外加熱至400～700°C的物體，可放射出峰值為3～5μm 的中間紅外線。

示例

該報警器能探測人體發出的紅外線，當人進入報警器的監視區域內，即可發出報警聲，適用於家庭、辦公室、倉庫、實驗室等比較重要場合防盜報警。裝置電路原理見圖1。由紅外線感測器、信號放大電路、電壓比較器、延時電路和音響報警電路等組成。紅外線探測感測器IC1探測到前方人體輻射出的紅外線信號時，由IC1的②腳輸出微弱的電信號，經三極體VT1等組成第一級放大電路放大，再通過C2輸入到運算放大器IC2中進行高增益、低噪聲放大，此時由IC2①腳輸出的信號已足夠強。IC3作電壓比較器，它的第⑤腳由R10、VD1提供基準電壓，當IC2①腳輸出的信號電壓到達IC3的⑥腳時，兩個輸入端的電壓進行比較，此時IC3的⑦腳由原來的高電平變為低電平。IC4為報警延時電路，R14和C6組成延時電路，其時間約為1分鐘。當IC3的⑦腳變為低電平時，C6通過VD2放電，此時IC4的②腳變為低電平，它與IC4的③腳基準電壓進行比較，當它低於其基準電壓時，IC4的①腳變為高電平，VT2導通，訊響器BL通電發出報警聲。人體的紅外線信號消失後，IC3的⑦腳又恢復高電平輸出，此時VD2截止。由於C6兩端的電壓不能突變，故通過R14向C6緩慢充電，當C6兩端的電壓高於其基準電壓時，IC4的①腳才變為低電平，時間約為1分鐘，即持續1分鐘報警。

紅外感測器套用電路

套用

火焰探測器

火焰感測器利用紅外線對對火焰非常敏感的特點，使用特製的紅外線接受管來檢測火焰，然後把火焰的亮度轉化為高低變化的電平信號，輸入到中央處理器中，中央處理器根據信號的變化做出相應的程式處理。

紅外線感測器工作原理

火焰感測器能夠探測到波長在700納米～1000納米範圍內的紅外光，探測角度為60°，其中紅外光波長在880納米附近時候的靈敏度達到最大。

遠紅外火焰探頭將外界紅外光的強弱變化轉化為電流的變化，通過A/D轉換器反映為0～255範圍內數值的變化。外界紅外光越強，數值越小；紅外光越弱，數值越大。

紅外測距感測器利用紅外信號遇到障礙物距離的不同反射的強度也不同的原理，進行障礙物遠近的檢測。紅外測距感測器具有一對紅外信號發射與接收二極體，發射管發射特定頻率的紅外信號，接收管接收這種頻率的紅外信號，當紅外的檢測方向遇到障礙物時，紅外信號反射回來被接收管接收，經過處理之後，通過數字感測器接口返回到中央處理器主機，中央處理器即可利用紅外的返回信號來識別周圍環境的變化。

紅外測溫儀

紅外測溫儀的構成主要有光學系統，調製器，紅外感測器放大器，指示器等部分構成。紅外感測器是接收目標輻射並轉換成電信號的器件。

紅外成像

在許多場合，人們不僅要知道物體表面的平均溫度，更需了解物體的溫度分布以便分析，研究物體的結構，探測內部缺陷。紅外成像就能將物體的溫度分布以圖像的形式直觀顯示出來。

套用注意問題

紅外感測器是紅外探測系統中很重要的部件，但它很嬌氣，使用中如果不注意就有可能導致紅外感測器損壞。因此，紅外感測器在使用中應注意以下幾點：

（1）必須首先注意了解紅外感測器的性能指標和套用範圍，掌握它的使用條件。

（2）必須關注感測器的工作溫度，一般要選擇能在室溫下工作的紅外感測器，便於維護。

（3）適當調整紅外感測器的工作點。一般情況下，感測器有一個最佳工作點。只有工作在最佳工作點時，紅外感測器的信噪比最大。

（4）選用適當前置放大器與紅外感測器配合，以獲取最佳探測效果。

（5）調製頻率與紅外感測器的頻率回響相匹配。

（6）感測器的光學部分不能用手摸，擦，防止損傷與沾污。

（7）感測器存放時注意防潮，防振，防腐。