第12章 红外传感器.ppt

红外辐射的基本知识 红外传感器 红外测温 红外成像 红外分析仪 红外无损检测 本章小结 本章主要内容 第12章 红外传感器 一、红外辐射的基本知识 1. 红外辐射 2. 红外辐射术语 3. 红外幅射源 红外辐射 红外辐射俗称红外线，它是一种人眼看不见的光线。但实际上它和其它任何光线一样，也是一种客观存在的物质。任何物体，只要它的温度高于绝对零度（摄氏温标零下273.15度 ），就有红外线向周围空间辐射。 红外线是位于可见光中红光以外的光线，故称为红外线。它的波长范围大致在0.76μm到1000μm的频谱范围之内，相对应的频率大致在4×1014-3×1011 Hz之间 红外线与可见光、紫外线、X射线、γ射线和微波、无线电波一起构成了整个无限连续的电磁波谱。 电磁波谱图 红外分区：在红外技术中，一般将红外辐射分为4个区域 近红外区: 770 nm~ 1.5 μm 中红外区: 1.5 μm ~ 6μm 远红外区: 6μm ~ 40μm 极远红外区: 40μm ~ 1000μm 注意：这里所说的远近是指红外辐射在电磁波谱中与可见光的距离。 红外辐射的物理本质 红外辐射的物理本质是热辐射。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，红外辐射的能量就越强。研究发现，太阳光谱各种单色光的热效应从紫色光到红色光是逐渐增大的，而且最大的热效应出现在红外辐射的频率范围内，因此人们又将红外辐射称为热辐射或热射线。 实验表明：波长在0.1?000μm之间的电磁波被物体吸收时，可以显著地转变为热能。可见，载能电磁波是热辐射传播的主要媒介物。 红外吸收及红外窗口 红外辐射在大气中传播时，由于大气中的气体分子、水蒸汽以及固体微粒、尘埃等物质的吸收和散射作用，使辐射能在传输过程中逐渐衰减。空气中对称的双原于分子，如N2、H2、O2不吸收红外辐射，因而不会造成红外辐射在传输过程中衰减。 红外辐射在通过大气层时被分割成三个波段，即2~2.6μm，3~5μm和8~14μm，统称为摯笃翱跀。这三个大气窗口对红外技术应用特别重要，因为一般红外仪器都工作在这三个窗口之内。 通过一海里长度的大气透过率曲线 为什么2-2.6μm、3-5μm和8-14μm这三个波段被称为摯笃翱跀呢？ 撋獠〝 红外辐射术语(1) 红外辐射术语(2) 红外幅射源 当物体温度高于绝对零度时，都有红外线向周围空间辐射出来。 根据辐射源几何尺寸的大小和距探测器的远近，又分为点源和面源。 点源(没有充满红外光学系统瞬时现场的大面源叫做点源) 面源(一般情况下，把充满红外光学系统瞬时视场的大面辐射源叫做面源) 二、红外传感器 1. 常见红外传感器 2. 红外传感器的性能参数 3. 红外传感器使用中应注意的问题 红外传感器（infrared sensor） 红外传感器(也称为红外探测器)是能将红外辐射能转换成电能的光敏器件，它是红外探测系统的关键部件，其性能好坏，将直接影响系统性能的优劣。因此，选择合适的、性能良好的红外传感器，对于红外探测系统是十分重要的。 常见红外传感器 一、热传感器 二、光子传感器 热效应 光电效应 （一）热传感器 热传感器是利用入射红外辐射引起传感器的温度变化，进而使相关物理参数发生相应的变化，通过测量有关物理参数的变化来确定红外传感器所吸收的红外辐射。 热传感器的主要优点是：响应波段宽、可以在室温下工作、使用简单。但是，热传感器响应时间较长、灵敏度较低，一般用于低频调制的场合。 热传感器主要类型有：热敏电阻型、热电偶型、 高莱气动型和热释电型四种。 1．热敏电阻型传感器 热敏电阻是由锰、镍、钴的氧化物混合后烧结而成。 热敏电阻一般制成薄片状，当红外辐射照射在热敏电阻片上，其温度升高，电阻值减小。测量热敏电阻值变化的大小，即可得知入射红外辐射的强弱，从而可以判断产生红外辐射物体的温度。 热敏电阻型红外传感器结构如下图所示。 热敏电阻型红外传感器结构 热敏电阻一般制成薄片状，当红外辐射照射在热敏电阻上时，其温度升高、内部粒子的无规律运动加剧、自由电子的数目随温度升高而增加、电阻减小。 2．热电偶型传感器 材料：热电偶是由热电功率差别较大的两种金属材料（如铋/银、铜/康铜、铋/铋锡合金等）构成。 原理：当红外辐射入射到热电偶回路的测温接点上时，该接点温度升高，而另一个没有被红外辐射辐照的接点处于较低的温度，此时，在闭合回路中将产生温差电流，同时回路中产生温差电势。温差电势的大小，反映了接点吸收红外辐射的强弱。 利用温差电势现象制成的红外传感器称为热电偶型红外传感