紅外線感測器的工作原理,紅外感測器的工作原理是什麼?

2021-12-19 11:17:46 字數 5508 閱讀 4753

1樓:匿名使用者

紅外線感測器原理 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訊號之熱型。

(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。熱型及量子型的一般特徵如表1 所示,在此僅就熱型之熱電型紅外線感測器加以說明。 優點 缺點 熱型 常溫動作 波長依存性(波長不同 感度有很大之變化者) 並不存在 便宜 感度低 響應慢(ms 之譜) 量子型 感度 高 響應快速(μs 之譜) 必須冷卻(液體氮氣) 有波長依存性 **偏高 表1 紅外線熱型、量子型比較此感測器特別是利用遠紅外線範圍的感度做為人體檢出用,如圖1所示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。例如圖1 中,人體的體溫約為36~37℃,所放射出峰值為9~10μm的遠紅外線,另外加熱至400~700℃的物 體,可放射出峰值為3~5μm 的中間紅外線。

圖1 溫度不同紅外線波長的差異

紅外線感測 器系可以檢出這些物體所發射之各種紅外線(溫度)的感知器。

特徵熱電型紅外線感測器系利用熱電效果,其材料則使用強介質陶 瓷體 (dielectric ceramic),鉭酸鋰(litao3)等單結晶及pvdf 等有機材料,

熱電型紅外線感測器具有下列幾項特 徵:

(1) 由於系檢知從物體放射出出來的紅外線,所以不必直接接觸就能夠感知物體表面的溫度,故人體檢知以及移動中物體的溫度當然均能以非接觸之方式測得。

(2) 熱電型紅外線感測器系接受檢知物件物所發出的紅外線,因此是被動型[請參照圖2(a)],由於不是圖(b)所示的主動型,所以並不需要校對投光器、受光器 之光軸等煩瑣的作業。

(a)被動 型 (b)主動型

圖 2人體檢知的方法(3) 熱電效果系溫度變化而產生的,這將在稍後說明之,因此只接受因溫度變化之能量(energy),而熱電型紅外線感測器將電壓微分而輸出之。

原 理首先介紹熱電效果,如圖3 所示,感知元件系使用pzt(鈦酸鋯酸鉛系陶瓷體)強介質陶瓷體,在感知元件施加高壓電(3kv~5kv/mm)

而 分極之,藉這種方法,元件表面顯現的正負電荷會和空氣中相反之電荷結合而呈電氣中和狀,如圖2-24 所示。當元件的表面溫度變化時,

感知元件 分極的大小會隨著溫度變化而變化,因此穩定時之電荷中和狀態就崩潰,而感知元件表面電荷與吸著雜散電荷的緩和時間不同,所以會形成電氣上的不平衡,而產生沒有配對的電荷,如圖3(b)所示。

像這種因溫度變化而產生電荷的現象稱為熱電效果,設若產生之電荷為δθ,溫度變化為δt,則 δθ/δt=λ(庫侖/℃),就是熱電

係數。實際上的感測器到底是如何利用熱電效果呢?請參考感測器內部構造及本文之解說,圖4 所示系熱電型紅外線感測器的構造。

(a)穩定時 (t)k (b)溫度剛變化之後(t+δt)k

圖3熱電型紅外線感測器的原理

圖4 熱電型紅外線感測器的內部構造

(1) 各種波長的紅外線射入感測器。

(2) 元件頂端之入射窗以濾光鏡(filter)覆蓋著,只讓必要的紅外線通過,而將不要的紅外線隔絕。

(3) 位於感知元件表面的熱吸收膜會將紅外線變換成熱。

(4) 感知元件的表面溫度上升,因熱電效果之故,就產生表面電荷。

(5) 產生的表面電荷以fet 放大且變換阻抗。

(6) 從漏極(drain)供給fet 動作所需的電壓。

(7) 放大後的電氣訊號會於外部所接的源極 ─ 地端之電阻上顯現出來,而與偏壓重迭之後取出。 應 用:

(1) 可作為入侵警報器(intrusion detector)。

(2) 移動偵測器(motion sensing)。

(3) 自動照明(automatic light control)。

(4) 自動門控制(automatic door control)。特 性: 項 目 最小典型 最 大單位 測試條件 檢驗型式 雙元件型 響 應 2300 2800 3300 v/w 8~14μm/1hz 噪 音 25℃/.

3~10hz 飄移電壓 0.2 0.6 1.

5 v rs=47kω 輸出阻抗 10 kω 操作溫度 -40~70 ℃ δt<5℃/min 操作電壓 3 15 v 直流 操作電流 4 20 50 μa 使 用注意

(1) 使用聚熱元件時如cmos等,應防止靜電感應破壞元件。

(2) 避免使用於溫度改善在3℃/分(3℃/minute)以上之場所。

(3) 僅量避免手指接觸感測器之偵測壁,必要時可用棉花沾酒精擦拭。應 用電路:人體焦耳式體溫感測

焦耳式體溫感測器,由於靜電效應輸出阻抗很高,因此基板之一側連線一fet 作為阻抗匹配的電壓隨耦器,工作時需加直流於d極和s 極。

當人體接近感知器時,在源極(s)端感應一脈衝訊號,送至運算放大器做一正向放大 器。調整vr1mω,可改變輸出的放大倍數。

2樓:

拿下圖所示的一款紅外線感測器舉例,功能為檢測與障礙物之間的距離是否達到設定的閾值:

紅外線靠近檢測感測器模組

障礙物距離較遠時,感測器模組上的led燈熄滅,並對外輸出相應電平訊號,見下圖:

障礙物距離較近時,感測器模組上的led燈亮起,並對外輸出相應電平訊號,見下圖:

詳細分析可參考文章《紅外線靠近檢測電路》。

3樓:匿名使用者

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,響應快等優點。

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,電阻發生變化,通過轉換電路變成電訊號輸出。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應用。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**(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執行的發動機 的過熱情況等。

紅外感測器的工作原理是什麼?

4樓:匿名使用者

紅外感測器背後的物理學由三個定律決定:

普朗克輻射定律:溫度t不等於0 k的每個物體都會發射輻射

stephan boltzmann定律:黑體在所有波長髮射的總能量與絕對溫度有關

wein的位移定律:不同溫度的物體發出的光譜在不同波長處達到峰值

所有溫度大於絕對零度(0開爾文)的物體都具有熱能,因此是紅外輻射源。

拓展資料

紅外感測器是一種電子儀器,用於感知周圍環境的某些特徵。它通過發射或檢測紅外輻射來做到這一點。紅外感測器還能夠測量物體發出的熱量並檢測運動。

紅外技術不僅存在於工業中,也存在於日常生活中。例如,電視使用紅外探測器來解釋從遙控器傳送的訊號。無源紅外感測器用於運動檢測系統,ldr感測器用於室外照明系統。

紅外感測器的主要優點包括低功耗要求,簡單的電路和行動式功能。

紅外感測器可以是主動或被動的,它們可以分為兩種主要型別:

量子紅外感測器 - 提供更高的檢測效能和更快的響應速度。它們的光敏性取決於波長。必須冷卻量子探測器以獲得精確的測量。

5樓:匿名使用者

1、紅外線感測器是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,響應快等優點。

2、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,電阻發生變化,通過轉換電路變成電訊號輸出。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。

3、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應用。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**(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執行的發動機 的過熱情況等

6樓:玄秋梵昶

紅外感測器工作原理 (1 )待側目標。根據待側目標的紅外輻射特性可進行紅外系統的設定。 (2 )大氣衰減。

待測目標的紅外輻射通過地球大氣層時,由於氣體分子和各種氣體以及各種溶膠粒的散射和吸收,將使得紅外源發出的紅外輻射發生衰減。 (3 )光學接收器。它接收目標的部分紅外輻射並傳輸給紅外感測器。

相當於雷達天線,常用是物鏡。 (4 )輻射調製器。對來自待測目標的輻射調製成交變的輻射光,提供目標方位資訊,並可濾除大面積的干擾訊號。

又稱調製盤和斬波器,它具有多種結構。 (5 )紅外探測器。這是紅外系統的核心。

它是利用紅外輻射與物質相互作用所呈現出來的物理效應探測紅外輻射的感測器,多數情況下是利用這種相互作用所呈現出來的電學效應。此類探測器可分為光子探測器和熱敏感探測器兩大型別。 (6 )探測器製冷器。

由於某些探測器必須要在低溫下工作,所以相應的系統必須有製冷裝置。經過製冷,裝置可以縮短響應時間,提高探測靈敏度。 (7 )訊號處理系統。

將探測的訊號進行放大、濾波,並從這些訊號中提取出資訊。然後將此類資訊轉化成為所需要的格式,最後輸送到控制裝置或者顯示器中。 (8 )顯示裝置。

這是紅外裝置的終端裝置。常用的顯示器有示波器、顯象管、紅外感光材料、指示儀器和記錄儀等。 依照上面的流程,紅外系統就可以完成相應的物理量的測量。

紅外系統的核心是紅外探測器,按照探測的機理的不同,可以分為熱探測器和光子探測器兩大類。下面以熱探測器為例子來分析探測器的原理。 熱探測器是利用輻射熱效應,使探測元件接收到輻射能後引起溫度升高,進而使探測器中依賴於溫度的效能發生變化。

檢測其中某一效能的變化,便可探測出輻射。多數情況下是通過熱電變化來探測輻射的。當元件接收輻射,引起非電量的物理變化時,可以通過適當的變換後測量相應的電量變化。

歐姆龍公司生產的漫反射式和對射式光電感測器,這兩種感測器主要用於事件檢測和物體定位。圖 中的紅燈和綠燈表示感測器的狀態。 紅外感測器已經在現代化的生產實踐中發揮著它的巨大作用,隨著探測裝置和其他部分的技術的提高,紅外感測器能夠擁有更多的效能和更好的靈敏度。

紅外線溫度感測器精度可以達到多少

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