《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程紅外傳感器的原理及分類PrincipleandclassificationofinfraredsensorsSensorsapplicationtechnology1.紅外檢測(cè)的物理基礎(chǔ)2.

紅外輻射的基本定律3.紅外探測(cè)器的分類課程內(nèi)容CourseContents1.

紅外檢測(cè)的物理基礎(chǔ)

紅外輻射俗稱紅外線，它是一種不可見光，由于是位于可見光中紅色光以外的光線，故稱紅外線。它的波長(zhǎng)范圍大致在0.76～1000μm，紅外線在電磁波譜中的位置如圖所示。1.

紅外檢測(cè)的物理基礎(chǔ)

紅外線輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。一個(gè)熾熱物體向外輻射的能量大部分是通過紅外線輻射出來的。物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，輻射的能量就越強(qiáng)。而且，紅外線被物體吸收時(shí)，可以顯著地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?/p>

在自然界中，只要物體本身具有一定溫度（高于絕對(duì)零度），都能輻射紅外光。例如電機(jī)，電器，爐火，甚至冰塊都能產(chǎn)生紅外輻射。1.

紅外檢測(cè)的物理基礎(chǔ)

紅外輻射和所有電磁波一樣，是以波的形式在空間直線傳播的。紅外線在通過大氣層時(shí)，有三個(gè)波段透過率最高，分別是2～2.6μm，3～5μm，8～14μm，統(tǒng)稱它們?yōu)椤按髿獯翱凇薄＿@三個(gè)波段對(duì)紅外探測(cè)技術(shù)特別重要。紅外探測(cè)器一般都工作在“大氣窗口”這三個(gè)波段。2.

紅外輻射的基本定律(1)基爾霍夫定律：在一定溫度下，地物單位面積上的輻射通量W和吸收率之比，對(duì)于任何物體都是一個(gè)常數(shù)，并等于該溫度下同面積黑體輻射通量W。在給定的溫度下，物體的發(fā)射率=吸收率（同一波段）；吸收率越大，發(fā)射率也越大。地物的熱輻射強(qiáng)度與溫度的四次方成正比，所以地物微小的溫度差異就會(huì)引起紅外輻射能量的明顯變化。這種特征構(gòu)成了紅外遙感的理論基礎(chǔ)。

(2)玻耳茲曼定律：即黑體總輻射通量隨溫度的增加而迅速增加，它與溫度的四次方成正比。因此，溫度的微小變化就會(huì)引起輻射通量密度很大的變化，這正是紅外裝置測(cè)定溫度的理論基礎(chǔ)。

(3)維恩位移定律：隨著溫度的升高，輻射最大值對(duì)應(yīng)的峰值波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)。

3.

紅外探測(cè)器的分類

紅外傳感器一般由光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器、信號(hào)調(diào)理電路及顯示等組成。

紅外探測(cè)器是紅外傳感器的核心，紅外探測(cè)器種類很多。根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式不同可分為電平型和脈沖型；根據(jù)探測(cè)原理的不同可分為光子探測(cè)器(探測(cè)原理基于光電效應(yīng))和熱探測(cè)器(探測(cè)原理基于熱效應(yīng))；根據(jù)功能不同可分為輻射計(jì)、搜索跟蹤系統(tǒng)、熱成像系統(tǒng)、紅外測(cè)距通信系統(tǒng)和混合系統(tǒng)五大類。3.

紅外探測(cè)器的分類

（1）、光子探測(cè)器

入射紅外輻射的光子流與探測(cè)器材料中的電子相互作用，從而改變電子的能量狀態(tài)，引起各種電學(xué)現(xiàn)象，稱光子效應(yīng)。利用光子效應(yīng)制成的紅外探測(cè)器，統(tǒng)稱光子探測(cè)器。

光子探測(cè)器通過測(cè)量材料電子性質(zhì)的變化，可以知道紅外輻射的強(qiáng)弱。其主要特點(diǎn)是靈敏度高，響應(yīng)速度快，具有較高的響應(yīng)頻率，但探測(cè)波段較窄，一般需在低溫下工作。3.

紅外探測(cè)器的分類

（2）、熱探測(cè)器

熱探測(cè)器是利用紅外輻射的熱效應(yīng)，探測(cè)器的敏感元件吸收輻射能后引起溫度升高，進(jìn)而使有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化，通過測(cè)量物理參數(shù)的變化，便可確定控制器所吸收的紅外輻射。

熱探測(cè)器主要優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)波段寬，響應(yīng)范圍可擴(kuò)展到整個(gè)紅外區(qū)域，可以在室溫下工作，使用方便，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。

熱探測(cè)器主要類型有：熱釋電型，熱敏電阻型，熱電偶型，氣體型探測(cè)器。其中熱釋電探測(cè)