紅外線傳感器的工作原理

紅外線傳感器的工作原理

紅外線傳感器的英文全稱是：infrared transducer

利用紅外線的物理性質來進行測量的傳感器。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（高于絕對零度），都能輻射紅外線。紅外線傳感器測量時不與被測物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應快等優(yōu)點。
紅外線傳感器包括光學系統(tǒng)、檢測元件和轉換電路。光學系統(tǒng)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。熱敏元件應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(fā)生變化，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、鍺及硅摻雜等材料制成。
紅外線傳感器常用于無接觸溫度測量，氣體成分分析和無損探傷，在醫(yī)學、軍事、空間技術和環(huán)境工程等領域得到廣泛應用。例如采用紅外線傳感器遠距離測量人體表面溫度的熱像圖，可以發(fā)現(xiàn)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(wèi)星上的紅外線傳感器對地球云層進行監(jiān)視，可實現(xiàn)大范圍的天氣預報；采用紅外線傳感器可檢測飛機上正在運行的發(fā)動機 的過熱情況等。

人的眼睛能看到的可見光按波長從長到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。其中紅光的波長范圍為0.62～0.76μm；紫光的波長范圍為0.38～0.46μm。比紫光光波長更短的光叫紫外線，比紅光波長更長的光叫紅外線最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學量轉變成便于利用的電信號的器件，紅外傳感器就是其中的一種。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，紅外線傳感器的應用已經(jīng)非常廣泛，下面結合幾個實例，簡單介紹一下紅外線傳感器的應用。人體熱釋電紅外傳感器和應用介紹被動式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性：一般人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長10UM左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10UM左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的10UM左右的紅外線通過菲尼爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，電后續(xù)電路經(jīng)檢驗處理后即可產(chǎn)生報警信號。

1)這種探頭是以探測人體輻射為目標的。所以熱釋電元件對波長為10UM左右的紅外輻射必須非常敏感。

2)為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲尼爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。

3)被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應相互抵消，于是探測器無信號輸出。

4)一旦人侵入探測區(qū)域內，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理而報警。

5)菲尼爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距（感應距離），從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴密。在電子防盜、人體探測器領域中，被動式熱釋電紅外探測器的應用非常廣泛，因其價格低廉、技術性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。 紅外線遙控鼠標器中的傳感器在機械式鼠標器底部有一個露出一部分的塑膠小球,當鼠標器在操作桌面上移動時，小球隨之轉動，在鼠標器內部裝有三個滾軸與小球接觸，其中有兩個分別是X軸方向和Y軸方向滾軸，用來分別測量X軸方向和Y軸方向的移動量，另一個是空軸，僅起支撐作用。拖動鼠標器時，由于小球帶動三個滾軸轉動，X軸方向和Y軸方向滾軸又各帶動一個轉軸（稱為譯碼輪）轉動。

廣義地講，遙感是不直接接觸地收集關于某一定對象的某種或某些特定的信息，從而了解這個對象的性質。很早以前，人們就希望從空中來觀察地球，當時人們使用的是普通的照相機，后來發(fā)展成為專門的航空照相機。航空攝影的技術在世界大戰(zhàn)期間獲得了長足的發(fā)展，基于這種照片的識別技術也得到了提高。隨著飛行器技術的提高，尤其是火箭和衛(wèi)星的出現(xiàn)，遙感技術獲得了一個全新的平臺。現(xiàn)在，遙感技術也日新月異，成為在國民經(jīng)濟建設中不可取少的一種重要技術，尤其在軍事方面的應用也很廣泛。遙感中收集到的信息，就是物體發(fā)射或者被它反射的電磁波。這些電磁波包括近紫外、紅外線、可見光、微波等。收集電磁波信息的裝置叫做傳感器。裝載傳感器的地方，稱為平臺。

遙感就是用裝在平臺上的傳感器來收集（測定）由對象輻射或（和）反射來的電磁波，再通過對這些數(shù)據(jù)進行分析和處理，獲得對象信息的技術。遙感技術的迅速發(fā)展，一個重要的因素是它應用于我們所生活的環(huán)境。人們越來越需要深刻地了解我們的地球，了解它的資源，了解他的變化，以便合理安排生產(chǎn)和生活活動。遙感主要原理注：傳感器裝載在平臺上 遙感中可以使用可見光和近紅外區(qū)的電磁波進行遙感，這是利用了對象的反射特性，這種方式是航空攝影發(fā)展而來的結果，也是最為廣泛應用的一種，在月球上觀察地球就是這樣的。另外有兩類技術也在遙感中大顯身手。

其一是使用熱紅外和熱成像技術，主要是利用了物體的輻射特性。熱成像是與遠距離測量地球表面特征的溫度有關的遙感分支。它所研究的問題小到可以探測一間屋子的熱能量泄漏，大到可以研究地球表面的洋流。因為溫度實質是地球環(huán)境中一切物理、化學和生物過程的重要控制因素之一。因此，溫度數(shù)據(jù)在經(jīng)營管理地球資源的活動中必然占有極其重要的地位。

其二是利用微波遙感器進行遙感。微波遙感分為被動式和主動式。主動式的微波遙感器主要是側視雷達。它是在50年代為軍事偵察目的而發(fā)展的。它目前的重要應用主要在于快速取得大片有云地區(qū)的地面資源情報數(shù)據(jù)。被動式微波遙感器感受的是它們視場內的自然可利用的微波能量，其工作方式和熱輻射計或熱掃描儀非常相似，但是能夠接受到的信號也比熱紅外區(qū)微弱得多，同時信號所伴隨的噪聲也大得多。

因此這種信號的判釋問題也要比其他各種遙感器困難得多。但和側視雷達一樣也有全天候的特性。依靠選擇適合的工作波長，可以用它或者穿透大氣，或者觀察大氣。通常來說，微波遙感用在大氣的各項數(shù)據(jù)的測量上，在海洋學、油污探測、融雪測定等方面都有應用。遙感在軍事科學上的應用是顯然的，因為可以遠距離地觀察目標，而且可以獲得相對宏觀的分析數(shù)據(jù)。在軍事上，遙感的用途大致有：首先是對目標國家和地區(qū)的資源狀況的監(jiān)視。通過有效地監(jiān)視資源及其變化，可以幫助確定戰(zhàn)略的目標。其次，監(jiān)視對方軍事部署和大規(guī)模的軍事移動。許多軍事部署的位置信息可以通過高精度的衛(wèi)星遙感獲得，大規(guī)模的軍事移動也容易在遙感器上留下痕跡，這些都對于對應國家采取相應的措施提供了快速而有效的信息。

其次，在具體的作戰(zhàn)當中，遙感可以幫助分析局部的地形、資源狀況，從而幫助己方進行戰(zhàn)術行動的方案判斷。各種軍用衛(wèi)星的發(fā)射，也為全方位地監(jiān)視目標提供了基礎。現(xiàn)代戰(zhàn)爭作為數(shù)字化的戰(zhàn)爭，信息在戰(zhàn)爭中是至關重要的，遙感作為一項能夠大范圍、高精度、快速獲得信息的技術，必然能夠在未來的戰(zhàn)爭中獲得更多的應用。 可見，傳感器在科學技術領域、工農業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。人類社會對傳感器提出的越來越高的要求是傳感器技術發(fā)展的強大動力。而現(xiàn)代科學技術突飛猛進則提供了堅強的后盾。二十一世紀，人們一方面通過提高與改善傳感器的技術性能；一方面通過尋找新原理、新材料、新工藝及新功能來改善傳感器性能，制造出更多的傳感器．而紅外線傳感器作為其中的一部分也必將得到更大的發(fā)展．