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红外传感器技术原理深度全解析

时间:2017-12-11 09:14来源:www.winsensor.com 作者:郑州炜盛科技 点击:

宇宙间的任何物体只要其温度超过零度就能产生红外辐射,事实上同可见光一样,其辐射能够进行折射和反射,这样便产生了红外技术,利用红外光探测器因其独有的优越性而得到广泛的重视,并在军事和民用领域得到了广泛的应用。军事上,红外探测用于制导、火控跟踪、警戒、目标侦查、武器热瞄准器、舰船导航等;在民用领域,广泛应用与工业设备监控、安全监视、救灾、遥感、交通管理以及医学诊断技术等。

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。

红外线传感器是用红外线的物理性质来进行测量的传感器。红外线又称红外光,它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。它是一种不可见光,其光谱位于可见光中红色以外,所以称红外线。

红外传感器定义

工程上把红外线占据在电磁波谱中的位置(波段)分为:近红外、中红外、远红外、极远红外四个波段。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。

红外传感器的测量基础原理

首先了解一下红外光。红外光是太阳光谱的一部分,红外光的最大特点就是具有光热效应,辐射热量,它是光谱中最大光热效应区。红外光一种不可见光,与所有电磁波一样,具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。红外光在真空中的传播速度为300000Km/s。红外光在介质中传播会产生衰减,在金属中传播衰减很大,但红外辐射能透过大部分半导体和一些塑料,大部分液体对红外辐射吸收非常大。

不同的气体对其吸收程度各不相同,大气层对不同波长的红外光存在不同的吸收带。研究分析表明,对于波长为1~5μm、 8~14μm区域的红外光具有比较大的“透明度”。即这些波长的红外光能较好地穿透大气层。自然界中任何物体,只要其温度在绝对零度之上,都能产生红外光辐射。红外光的光热效应对不同的物体是各不相同的,热能强度也不一样。例如,黑体(能全部吸收投射到其表面的红外辐射的物体)、镜体(能全部反射红外辐射的物体)、透明体(能全部穿透红外辐射的物体)和灰体(能部分反射或吸收红外辐射的物体)将产生不同的光热效应。

严格来讲,自然界并不存在黑体、镜体和透明体,而绝大部分物体都属于灰体。上述这些特性就是把红外光辐射技术用于卫星遥感遥测、红外跟踪等军事和科学研究项目的重要理论依据。

红外辐射的物理本质是热辐射。物体的温度越高,辐射出来的红外线越多,红外辐射的能量就越强。研究发现,太阳光谱各种单色光的热效应从紫色光到红色光是逐渐增大的,而且最大的热效应出现在红外辐射的频率范围内,因此人们又将红外辐射称为热辐射或热射线。

红外传感器的发展趋势

1、智能化:目前的红外传感器主要结合外围设备来使用,而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、数字通信、维护简单等优点,能够单独作为一个模块独立工作。

2、微型化:传感器微型化一个必然趋势。现在应用中,由于红外传感器的体积问题,导致其使用程度远不如热电隅来的好。所以红外传感器微型化便携与否对其发展前途的影响是不可忽略的。

3、高灵敏度及高性能:在医学上,人体体温测试方面,红外传感器因测量的快速性而得到了相当的应用,但局限于其准确度不高而没办法取代现有的体温测量方法。因此,红外传感器高灵敏度及高性是其未来发展的必然趋势。

虽然现阶段的红外传感器还有很多的不足,但红外传感器已经在现代化的生产实践中发挥着它的巨大作用,随着探测设备和其他部分的技术的提高,红外传感器能够拥有更多的性能和更好的灵敏度,也将有更广阔的应用范围。