红外线传感器.ppt

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1、红外线传感器,制造人：王川学号：20102004051班级：自动化生产设备二班,红外线传感器,一、红外辐射二、红外探测器2.1、热探测器2.2、光子探测器三、红外线传感器的应用3.1、红外线测温仪3.2、红外热像仪3.3、红外线气体分析仪,利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，反应快等优点。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

2、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。红外线传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。例如采用红外线传感器远距离测量人体表面温度的热像图，可以发现温度异常的部位，及时对疾病进行诊断治疗；利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视，可实现大范围的天气预报；采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机 的过热情况等。具有红外传

3、感器的望远镜可用于军事行动，林地战探测密林中的敌人，城市战中探测墙后面的敌人，以上均利用了红外线传感器测量人体表面温度从而得知敌人所在地。,红外线传感器的简介,一、红外辐射,红外辐射俗称红外线，它是一种不可见光，由于是位于可见光中红色光以外的光线，故称红外线。它的波长范围大致在0.761000 m。工程上又把红外线所占据的波段分为四部分，即近红外、中红外、远红外和极远红外。红外辐射本质上是一种热辐射。任何物体，只要它的温度高于绝对零度（273），就会向外部空间以红外线的方式辐射能量，一个物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射这种形式来实现的。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，辐射的能量就

4、越强。另一方面，红外线被物体吸收后可以转化成热能。红外线作为电磁波的一种形式，红外辐射和所有的电磁波一样，是以波的形式在空间直线传播的，具有电磁波的一般特性，如反射、折射、散射、干涉和吸收等。红外线在真空中传播的速度等于波的频率与波长的乘积。,二、红外探测器,热探测器的工作机理是：利用红外辐射的热效应，探测器的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使某些有关物理参数发生相应变化，通过测量物理参数的变化来确定探测器所吸收的红外辐射。特点：热探测器主要优点是响应波段宽，响应范围可扩展到整个红外区域，可以在常温下工作，使用方便，应用相当广泛。但与光子探测器相比，热探测器的探测率比光子探测器的峰值探测

5、率低，响应时间长。,2.1、热探测器2.1.1、利用热效应制成的探测器 热效应：物体吸收辐射使其温度发生变化，从而引起物体的物理、机械等性能相应变化的现象。优点：光谱响应宽，室温下工作（大部分），使用方便。分类：热释电性、热敏电阻性、热电阻性和气体型。2.1.2、热探测器的基本工作原理 工作原理：当物体吸收红外辐射后，温度便会升高，伴随产生某种属性的变化，如体积膨胀、电阻率变化或产生电流、电动势等，通过测量这些性能参数的变化，计算获得辐射的大小。2.1.3、热探测器的性能计算：a）根据系统的热学特性确定由入射辐射所引起的温度变化。b）利用温度变化确定其性能，此性能可以通过适当的信号变化来反映。

6、,2.2、光子探测器2.2.1、工作机理：利用入射光辐射的光子流与探测器材料中的电子互换用，从而改变电子的能量状态，引起光电现象-这种现象称为光子效应。2.2.2、分类：内光电和外光电（光电导、光生伏特和光磁电）,三、红外线传感器的应用,3.1.1、红外线测温仪,3.1.2、应用,电力设备的检查和维护。金属铸造设备的温度监控,3.2、红外热像仪,3.3.1、红外线气体分析仪 红外线气体分析仪是根据气体对红外线具有选择性的吸收的特性来对气体成分进行分析的。不同气体其吸收波段（吸收带）不同，图16-3给出了几种气体对红外线的透射光谱，从图中可以看出，CO气体对波长为4.65 m附近的红外线具有很强

7、的吸收能力，CO2气体则发生在2.78 m和4.26 m附近以及波长大于13 m的范围对红外线有较强的吸收能力。如分析CO气体，则可以利用4.26 m附近的吸收波段进行分析。红外线气体分析仪由红外线辐射光源、气室、红外检测器及电路等部分组成。1-红外线源（可调）2-光学过滤器；3-光束分离器（气体过滤器）4-旋转电流驱动器 5-斩光器 6-样气入口 7-样气室 8-参比气室 9-样气出口 10-检测器（左）11-检测器（右）12-微流量传感器 13-光耦合器 14-滑动触头（可调）,部分气体的红外线特征吸收峰图,3.3.2、红外线气体分析仪的工作原理 用人工的方法制造一个包括被测气体特征吸收峰

8、波长在内的连续光谱辐射源，让这个光谱通过固定长度的含有被测气体的混合组分，在混合组分的气体层中，被测气体的浓度不同，吸收固定波长红外线的能量也不相同，继而转换成的热量也不同。在一个特制的红外检测器中，再将热量转换成温度或压力，测量这个温度和压力，就可以准确地测量被分析气体的浓度。气室包括测量气室、参比气室和滤光气室。结构圆筒形，除测量气室有气样进出口之外，参比气室和过滤气室都是密封的，所有气室内壁非常光洁，要求不吸收红外线，不能吸附气体，对气体不起任何化学作用。测量气室长度与浓度成反比。滤光气室封入一定浓度的干扰组分，它的长度由封入干扰组分的浓度决定，有的分析仪不采用滤光气室，而用滤光片将干扰

9、组分特征吸收波长全部滤去，这种结构较简单。气室两端用透光材料密封，它既保证气室的密封性，又具有良好的透光性，并且因各种透光材料允许透过光波长的不同，又起到了滤光作用，常用的透光材料有蓝宝石（Al2O3）、氟化锂（LiF）等。,3.3.3、红外线气体分析仪原理,3.3.4、红外线气体分析仪结构 工业红外线气体分析仪主要用于测量混合气体中某种组分的浓度，它的种类很多。从物理特性上可分：分光式及非分光式；从测量方法上可分：直读式和补偿式；从光学结构上可分：单光束及双光束。非分光直读式双光束红外线分析仪优点：灵敏度高、响应速度快、结构简单，并且可以测量微量和常量等，在生产中广泛应用。,3.3.5、红外线分析仪的应用,优点：选择性好，灵敏度高，测量范围广，精度较高，常量为12.5级，低浓度（ppm）为25级，响应速度快。能吸收红外线的CO、CO2、CH4、SO2等气体、液体都可以进行分析。应用：大气检测、大气污染、燃烧过程、石油及化工过程、热处理气体介质、煤炭及焦炭生产过程等工业生产过程中。测定水中微量油分，医学中肺功能的测定，并可在水果、粮食的储藏和保管等农业生产中应用。,