红外线传感器原理及使用方法计算机数据库_高等教育-大学课件.pdf

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1、 红外线传感器原理及使用方法 原理:o我们知道任何物体都会发出电磁辐射，这种电磁辐射能被红外温 度传感器测量.当物体温度变化时，其辐射出的电磁波的波长也会 随之变化,能将这种波长的变化转换成温度的变化，从而实现监控,测温的目的.红外线传感器包括光学系统，检测元件和转换电路 光学系统按结 构不同可分为透射式和反射式两类 检测元件按工作原理可分为 热敏检测元件和 光电检测元件.热敏元件应用最多的是 热敏电阻.热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换 电路变成电信号输出 光电检测元件常用的是光敏元件，通常由 硫化铅,硒化铅,砷化铟,砷化锑,碲镉汞三元合金,锗及硅掺杂等材 料制成 同样

2、,红外传感器的工作原理不复杂，一个典型的传感器系统各部 分的实体分别是：1,待测目标 根据待测目标的红外辐射特性可进行红外系统的设 疋 2,大气衰减 待测目标的红外辐射通过地球大气层时，由于气体分 子和各种气体以及各种溶胶粒的散射和吸收，将使得红外源发出的 红外辐射发生衰减 3,光学接收器 它接收目标的部分红外辐射并传输给红外传感器 相当 1 于雷达天线,常用是物镜 4,辐射调制器 对来自待测目标的辐射调制成交变的辐射光，提供 目标方位信息，并可滤除大面积的干扰信号 又称调制盘和斩波 器，它具有多种结构 5,按照探测的机理的不同，可以分为热探测器和光子探测器两大 类 -红外传感器的应用 o 由

3、于红外温度传感器实现了无接触测温,远距离测量高温等功能,而且具有较高的灵敏度,因些在现在各行业中得到了广泛的应用.1,夜视技术 照相机中利用红外线传感器实现夜视功能.红外夜视,就是在夜视 状态下,数码摄像机会发出人们肉眼看不到的红外光线去照亮被拍 摄的物体,关掉红外滤光镜,不再阻挡红外线进入 CCD,红外线经 物体反射后进入镜头进行成像,这时我们所看到的是由红外线反射 所成的影像,而不是可见光反射所成的影像,即此时可拍摄到黑暗 环境下肉眼看不到的影像.这项技术不论是在军用上还是民用上 都已经有了广泛的应用.2,红外探测器 红外系统的核心是红外探测器,按照探测的机理的不同,可以分为 热探测器和光

4、子探测器两大类.下面以热探测器为例子来分析探测 器的原理.热探测器是利用辐射热效应,使探测元件接收到辐射能 后引起温度升高,进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化.检 测其中某一性能的变化,便可探测出辐射.多数情况下是通过热电 变化来探测辐射的.当元件接收辐射,引起非电量的物理变化时,可 以通过适当的变换后测量相应的电量变化.3,红外无损探伤 红外无损探伤仪可以用来检查部件内部缺陷,对部件结构无任何 损伤.例如,检查两块金属板的焊接质量,利用红外辐射探伤仪能 十分方便地检查漏焊或缺焊;为了检测金属材料的内部裂缝,也可 利用红外探伤仪.将红外辐射对金属板进行均匀照射,利用金属对红外辐射的吸收与

5、缝隙（含有某种气体或真空）对红外辐射的吸收所存在的差异,可 以探测出金属断裂空隙.当红外辐射扫描器连续发射一定波长的红 外光通过金属板时,在金属板另一侧的红外接收器也同时连续接收 到经过金属板衰减的红外光;如果金属板内部无断裂,辐射扫描器 在扫描过程中,红外接收器收到的是等量的红外辐射;如果金属板 内部存在断裂,红外接收器在辐射扫描器在扫描到断裂处时所接 收到的红外辐射值与其他地方不一致,利用图像处形技术,就可以 显示出金属板内部缺陷的形状.4,红外气体分析仪 红外线气体分析仪,是利用红外线进行气体分析 它基于待分析组 分的浓度不同,吸收的辐射能不同,剩下的辐射能使得检测器里的 温度升高不同,

6、动片薄膜两边所受的压力不同,从而产生一个 电容物体温度变化时其辐射出的电磁波的波长也会随之变化能将这种波长的变化转换成温度的变化从而实现监控测温的目的红外线传感器包括光学系统检测元件和转换电路光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类检测元件按工作阻发生变化通过转换电路变成电信号输出光电检测元件常用的是光敏元件通常由硫化铅硒化铅砷化铟砷化锑碲镉汞三元合金锗及硅掺杂等材料制成同样红外传感器的工作原理不杂一个典型的传感器系统各部分的实体分别是待测目标子和各种气体以及各种溶胶粒的散射和吸收将使得红外源发出的红外辐射发生衰减光学接收器它接收目标的部分红外辐射并传输给红外传感器相当于雷达天线常用是物镜辐

7、射调制器对来自待测目标的辐射调制成交变的辐射光提供目 检测器的电信号这样,就可间接测量出待分析组分的浓度根据 红外辐射在气体中的吸收带的不同，可以对气体成分进行分析 例 如,二氧化碳对于波长为 2.7 卩 m,4.33 卩 m 和 14.5 卩 m 红外光 吸收相当强烈，并且吸收谱相当的宽，即存在吸收带.根据实验分析,只有 4.33 卩 m 吸收带不受大气中其他成分影响，因此可以利用这 个吸收带来判别大气中 CO2 的含量.二氧化碳红外气体分析仪由气体（含 CO2）的样品室，参比室（无 CO2）,斩光调制器，反射镜系统,滤光片,红外检测器和选频放大器 等组成.测量时，使待测气体连续流过样品室，

8、参比室里充满不含 CO2的气体（或 CO2 含量已知的气体）.红外光源发射的红外光 分成两束光经反射镜反射到样品室和参比室，经反射镜系统，这两 束光可以通过中心波长为 4.33 卩 m 的红外光滤色片投射到红外 敏感元件上.由于斩光调制器的作用，敏感元件交替地接收通过样 品室和参比室的辐射.若样品室和参比室均无 CO2 气体,只要两 束辐射完全相等，那么敏感元件所接收到的是一个通量恒定不变的 辐射，因此，敏感元件只有直流响应，交流选频放大器输出为零.若进入样品室的气体中含有 CO2气体,对 4.33 卩 m 的辐射就有 吸收,那么两束辐射的通量不等，则敏感元件所接收到的就是交变 辐射,这时选频

9、放大器输出不为零.经过标定后,就可以从输出信号 的大小来推测 CO2 的含量 红外线传感器的使用方法：红外践传感器:发肘交流/100HZ-JO0HZ 注蕙肖顎苴时腔册度嘶用蹣口期託态功能 物体温度变化时其辐射出的电磁波的波长也会随之变化能将这种波长的变化转换成温度的变化从而实现监控测温的目的红外线传感器包括光学系统检测元件和转换电路光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类检测元件按工作阻发生变化通过转换电路变成电信号输出光电检测元件常用的是光敏元件通常由硫化铅硒化铅砷化铟砷化锑碲镉汞三元合金锗及硅掺杂等材料制成同样红外传感器的工作原理不杂一个典型的传感器系统各部分的实体分别是待测目标子和各种

10、气体以及各种溶胶粒的散射和吸收将使得红外源发出的红外辐射发生衰减光学接收器它接收目标的部分红外辐射并传输给红外传感器相当于雷达天线常用是物镜辐射调制器对来自待测目标的辐射调制成交变的辐射光提供目RX-开关量输出端口 GND-电源地（负极）+5V-电源正 5 伏 TX-红外线发射使能端，该端口必须输入脉冲（50 200 HZ）信号 蓝色微调电位器一一红外线发射强弱调整 LED-信号检测指示灯，当前面有阻挡时点亮 红红色 3 位打码开关-接收灵敏度调整，0N=1、OFF=0,通过手动设定接收放大器的放 大倍数（3 位共 9 个组合），通常 1=0N，2=0FF，3=0FF。当全部在 OFF 时由

11、TX 旁边没 有说明的三个接线配合单片机来控制灵敏度，这三条线分别接到单片机的端口上，从上面的 线路图可以得知，前级是个简单的可调整放大倍数的典型的运放应用，当单片几控制口设为 高阻状态时等于开关在 OFF 位置，当端口设定在底电平时等于开关在 ON 位置，这样就可 以用单片机根据现场情况来动态调整传感器的接收灵敏度 物体温度变化时其辐射出的电磁波的波长也会随之变化能将这种波长的变化转换成温度的变化从而实现监控测温的目的红外线传感器包括光学系统检测元件和转换电路光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类检测元件按工作阻发生变化通过转换电路变成电信号输出光电检测元件常用的是光敏元件通常由硫化铅硒化铅砷化铟砷化锑碲镉汞三元合金锗及硅掺杂等材料制成同样红外传感器的工作原理不杂一个典型的传感器系统各部分的实体分别是待测目标子和各种气体以及各种溶胶粒的散射和吸收将使得红外源发出的红外辐射发生衰减光学接收器它接收目标的部分红外辐射并传输给红外传感器相当于雷达天线常用是物镜辐射调制器对来自待测目标的辐射调制成交变的辐射光提供目