是利用紅外線來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的一種傳感器,有靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),紅外線傳感器可以控制驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)行。
簡(jiǎn)介
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利用紅外線的物理性質(zhì)來(lái)進(jìn)行測(cè)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(zhì)。任何物質(zhì),只要它本身具有一定的溫度(高于絕對(duì)零度),都能輻射紅外線。紅外線傳感器測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物體直接接觸,因而不存在摩擦,并且有靈敏度高,反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。
紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類(lèi)。檢測(cè)元件按工作原理可分為熱敏檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元件。熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時(shí)溫度升高,電阻發(fā)生變化(這種變化可能是變大也可能是變小,因?yàn)闊崦綦娮杩煞譃檎郎囟认禂?shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻),通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。光電檢測(cè)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(wú)接觸溫度測(cè)量,氣體成分分析和無(wú)損探傷,在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如采用紅外線傳感器遠(yuǎn)距離測(cè)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(shí)對(duì)疾病進(jìn)行診斷治療(見(jiàn)熱像儀);利用人造衛(wèi)星上的紅外線傳感器對(duì)地球云層進(jìn)行監(jiān)視,可實(shí)現(xiàn)大范圍的天氣預(yù)報(bào);采用紅外線傳感器可檢測(cè)飛機(jī)上正在運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī) 的過(guò)熱情況等。
具有紅外傳感器的望遠(yuǎn)鏡可用于軍事行動(dòng),林地戰(zhàn)探測(cè)密林中的敵人,城市戰(zhàn)中探測(cè)墻后面的敵人,以上均利用了紅外線傳感器測(cè)量人體表面溫度從而得知敵人所在地。
類(lèi)型
紅外線傳感器依動(dòng)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(dòng)勢(shì)等輸出信號(hào)之熱型。
(2) 利用半導(dǎo)體遷徙現(xiàn)象吸收能量差之光電效果及利用因PN 接合之光電動(dòng)勢(shì)效果的量子型。
熱型的現(xiàn)象俗稱為焦熱效應(yīng),其中最具代表性者有測(cè)輻射熱器 (Thermal Bolometer),熱電堆(Thermopile)及熱電(Pyroelectric)元件。
熱型的優(yōu)點(diǎn)有:可常溫動(dòng)作下操作,波長(zhǎng)依存性(波長(zhǎng)不同感度有很大之變化者)并不存在,造價(jià)便宜;
缺點(diǎn):感度低、響應(yīng)慢(mS之譜)。
量子型 的優(yōu)點(diǎn):感度高、響應(yīng)快速(μS 之譜);
缺點(diǎn):必須冷卻(液體氮?dú)? 、有波長(zhǎng)依存性、價(jià)格偏高;
紅外線傳感器特別是利用遠(yuǎn)紅外線范圍的感度做為人體檢出用,紅外線的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)而比電波短。紅外線讓人覺(jué)得只由熱的物體放射出來(lái),可是事實(shí)上不是如此,凡是存在于自然界的物體,如人類(lèi)、火、冰等等全部都會(huì)射出紅外線,只是其波長(zhǎng)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(yuǎn)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。
實(shí)用
火焰探測(cè)器
火焰?zhèn)鞲衅骼眉t外線對(duì)對(duì)火焰非常敏感的特點(diǎn),使用特制的紅外線接受管來(lái)檢測(cè)火焰,然后把火焰的亮度轉(zhuǎn)化為高低變化的電平信號(hào),輸入到中央處理器中,中央處理器根據(jù)信號(hào)的變化做出相應(yīng)的程序處理。
火焰?zhèn)鞲衅髂軌蛱綔y(cè)到波長(zhǎng)在700納米~1000納米范圍內(nèi)的紅外光,探測(cè)角度為60°,其中紅外光波長(zhǎng)在880納米附近時(shí)候的靈敏度達(dá)到最大。
遠(yuǎn)紅外火焰探頭將外界紅外光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化,通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器反映為0~255范圍內(nèi)數(shù)值的變化。外界紅外光越強(qiáng),數(shù)值越??;紅外光越弱,數(shù)值越大。
紅外測(cè)距傳感器利用紅外信號(hào)遇到障礙物距離的不同反射的強(qiáng)度也不同的原理,進(jìn)行障礙物遠(yuǎn)近的檢測(cè)。紅外測(cè)距傳感器具有一對(duì)紅外信號(hào)發(fā)射與接收二極管,發(fā)射管發(fā)射特定頻率的紅外信號(hào),接收管接收這種頻率的紅外信號(hào),當(dāng)紅外的檢測(cè)方向遇到障礙物時(shí),紅外信號(hào)反射回來(lái)被接收管接收,經(jīng)過(guò)處理之后,通過(guò)數(shù)字傳感器接口返回到中央處理器主機(jī),中央處理器即可利用紅外的返回信號(hào)來(lái)識(shí)別周?chē)h(huán)境的變化。
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