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红外光传感器

红外技术是在最近几十年中发展起来的一门新兴技术。它已经在科技，国防和工农业生产等领域获得了广泛的应用。

红外光传感器按其应用可以分为以下几个方面：

红外辐射计用于辐射和光谱辐射测量；

有哪些信誉好的足球投注网站和跟踪系统，用于有哪些信誉好的足球投注网站和跟踪红外目标，确定其空间位置并对其运动进行跟踪；

热成像系统，可以产生整个目标红外辐射的分布图像，如红外图像仪，多光谱扫描仪等。

红外测距和通讯系统；

混合系统，是指以上各类系统中的两个或多个的组合。一红外辐射基础

红外辐射又称红外线，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为红外线。它的波长在0.76um——1000um，红外线在电磁波谱中的位置如图所示：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。

红外辐射的物理本质是热辐射。一个炽热物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射出来的。物体的温度越高，辐射出来的红外线就越多，辐射的能量就越强。而且，红外线被物体吸收。可以显著的转变为热能。

红外辐射和所有的电磁波一样，是一波的形式在空间直线传播的。它在大气

中传播时，大气层对不同波长的红外线存在不同的波带，红外线气体分析器就是

利用该特性工作的，空气中对称的双原子气体，N O H 等不吸收红外线。而

2， 2， 2

红外线在通过大气层时，有三个波段透过率高，他们是2um——2.6um，3um—

—5um，8um——14um，统称为“大气窗口”。这三个波段对红外探测技术特别重要，因为红外探测器一般都工作在这三个波段之内。

二红外光传感器的工作原理与结构

红外光传感器按工作原理可以分为光量子型和热电型两大类，其量子型可以直接把红外光能转换成电能，如对红外线敏感的光敏电阻和PN结型光生伏特效应器件，它们能在低温下工作，灵敏度高，响应速度快，但红外光的波长响应范围窄，可以用于遥感成像等方面。热电型吸收红外光后变成热能，使材料的温度上升，电化学特性改变，人们利用这个现象制成了测量光辐射的器件。这类器件中应用最广泛的是红外光敏热释电效应器件。有较宽的红外波长响应范围，且价格便宜，所以备受重视，发展很快，这里主要介绍热释电传感器。

热释电效应器件

由物理光学可知，光照射在材料上后一部分被吸收，而且光强随着透入材料的深度而指数衰减，距表面x处的光强表示为：

0Y（x）=Ye-ax

0

式中，a是吸收系数，也称为相对衰减梯度，它与材料和光的波长有关；Y为照射到材料表面的光强。

一些陶瓷材料具有自发极化的特性，而且其自发极化的大小在温度上有少许变化时候有很大的变化。在温度长时间恒定时候由自发极化产生的表面极化电荷数目一定，它吸附空气中的电荷达到平衡，并与吸附的存在于空气中的符号相反的电荷产生中和；若温度因吸收红外光而升高，则极化强度会减少，使得单位面积上的极化电荷相应减少，释放一定量的吸附电荷；若与一个电阻连成回路会形

成电流I 则电阻上可产生一定的压降，这种因温度变化引起的自发极化值变化

S，

的现象称为热释电效应。如图所示：

为了杀跌光照射引起的整个材料的温度易于达到热平衡，一般采用陶瓷薄片。当连续光照达到热平衡，即吸热等于放热时温度不再变化，则不再释放电荷，R上的压降就变为0，即无信号输出。因此热释电效应只能探测辐射的变化。电阻上的压降的变化表示为：

ΔU=S·dp／dt·R=S·dp／dT·R·dT／dt=S·X·R·dT／dt

式中，S为电极面积；dT／dt是温度对时间的变化率，即温度的变化率；

8dp／dT是热释电系数X（10﹣C·cm－2·K﹣1）。

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由于dT／dt与红外线强度的变化成正比，结合上式，可以得出输出信号U

正比于红外线强度的变化。作为检测用时将热释电元件为绝缘体，R约为10

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Ω，易于引入外部噪音，用场效应管进行阻抗交换和信号放大，所以一般将场效

应管与输入电阻一起装入管壳内，如图所示：

通常为了增加热释电元件对红外线等电磁波的吸收，在元件上表面被覆一层

黑化膜。实用的热释电材料有LiTaO,Sr0.48Ba0.52NbO，PbTiO等。

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传感器结构示意图：

等效电路示意图：

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双元型红外传感器

双元型红外传感器是一种新型热释电传感器，专门用来检测人体辐射的红外线能量，目前已广泛应用于国际安全防御系统，自动控制，告警系统等。

目前，市场上常见的热释电传感器有国产的SD02，PH5324，日本的SCA02-1，美国的P2288等，大多数可以互换。双元型敏感元件的内部结构：SD02热释电传感器由敏感单元，场效应管，高阻抗交换管，滤光窗等组成，并在氦气环境下封装而成。此图为热释电红外传感器内部结构：

敏感单元

敏感单元用热释电材料PZT（锆钛酸铅）制成。这种