紅外線傳感器的原理 ？紅外線傳感器有哪些優(yōu)缺點？

紅外線傳感器是利用紅外線來進行數(shù)據(jù)處理的一種傳感器，有靈敏度高等優(yōu)點，紅外線傳感器可以控制驅動裝置的運行。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。

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，反應快等優(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(這種變化可能是變大也可能是變小，因為熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)熱敏電阻和負溫度系數(shù)熱敏電阻)，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。

具有紅外傳感器的望遠鏡可用于軍事行動，林地戰(zhàn)探測密林中的敵人，城市戰(zhàn)中探測墻后面的敵人，以上均利用了紅外線傳感器測量人體表面溫度從而得知敵人所在地。

主動紅外傳感器的發(fā)射機發(fā)出一束經調制的紅外光束，被紅外接收機接收，從而形成一條紅外光束組成的警戒線。當遇到樹葉、雨、小動物、雪、沙塵、霧遮擋則不應報警，人或相當體積的物品遮擋將發(fā)生報警。主動紅外探測器技術主要采用一發(fā)一收，屬于線形防范，現(xiàn)在已經從最初的單光束發(fā)展到多光束，而且還可以雙發(fā)雙受，最大限度的降低誤報率，從而增強該產品的穩(wěn)定性，可靠性。

由于紅外線屬于環(huán)境因素不相干性良好(對于環(huán)境中的聲響、雷電、振動、各類人工光源及電磁干擾源，具有良好的不相干性)的探測介質;同時也是目標因素相干性好的產品(只有阻斷紅外射束的目標，才會觸發(fā)報警)，所以主動式紅外傳感器將會得到進一步的推廣和應用。

首先明確一個概念，什么是紅外線：在光譜中波長自0.76至400微米的一段稱為紅外線，紅外線是不可見光線，所有高于絕對零度(-273.15℃)的物質都可以產生紅外線。紅外線感應器是通過紅外線反射原理，當人體的某一部分在紅外線區(qū)域內，紅外線發(fā)射管發(fā)出的紅外線由于人體摭擋反射到紅外線接收管，通過集成線路將信號發(fā)送給脈沖電磁閥，電磁閥接受信號后按指定的指令控制閥芯。

紅外線傳感器包括光學系統(tǒng)、檢測元件和轉換電路三大部分。光學系統(tǒng)按結構不同可分為透射式和反射式。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。熱敏檢測元件中最常見的就是熱敏電阻，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。

此傳感器特別是利用遠紅外線范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，凡是存在于自然界的物體，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。熱電型紅外線傳感器系利用熱電效果，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，

熱電型紅外線傳感器具有下列幾項特征：

(1) 由于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) 熱電型紅外線傳感器系接受檢知對象物所發(fā)出的紅外線，因此是被動型[請參照圖2(a)]，由于不是圖(b)所示的主動型，所以并不需要校對投光器、受光器之光軸等煩瑣的作業(yè)。

熱電型紅外線傳感器系利用熱電效果，其材料則使用強介質陶瓷體、鉭酸鋰等單結晶及PVDF 等有機材料，熱電型紅外線傳感器具有下列幾項特征：

(1) 系檢知從物體放射出出來的紅外線，不必直接接觸就能夠感知物體表面的溫度，所以能以非接觸之方式測得溫度。

(2) 熱電型紅外線傳感器系接受檢知對象物所發(fā)出的紅外線，屬于被動型，不需要校對投光器、受光器之光軸等煩瑣的作業(yè)。

(3) 熱電效果是溫度變化而產生的，只能接受因溫度變化之能量，而熱電型紅外線傳感器將電壓微分而輸出之。

感知組件系使用PZT強介質陶瓷體，在感知組件施加高壓電而分極之，組件表面顯現(xiàn)的正負電荷會和空氣中相反之電荷結合而呈電氣中和狀。當組件的表面溫度變化時，感知組件分極的大小會隨著溫度變化而變化，因此穩(wěn)定時之電荷中和狀態(tài)就崩潰，而感知組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(b)所示。

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，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，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。