浅谈红外线传感器的原理及应用

红外线技术是在最近十几年中发展起来的一门新兴技术。它已在科技、国防和工农业生产领域获得了广泛的应用。

一、红外线

红外线是一种不可见光,由于是位于可见光中红色光以外的光线,故称为红外线。红外线的波长范围大致在O.76~1000μm,工程上常把红外线所占据的波段分为4个部分,即近红外、中红外、远红外和极远红外。

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,辐射出来的红外线越多,辐射的能量就越强。而且红外线被物体吸收时,可以显著地转变为热能。在自然界中,只要物体本身具有一定温度(高于绝对零度),都能辐射红外光。例如电机、电器、炉火,甚至冰块都能产生红外辐射。红外光线和所有电磁波一样,具有反射、折射、散射、干涉、吸收等特性。

二、红外线传感器

红外线传感器一般由光学系统、探测器、信号调理电路及显示等部分组成。红外线探测器是红外线传感器的核心,红外线探测器(俗

称探头)常见的有两类:

1.热探测器

热探测器是利用红外线辐射的热效应,探测器的敏感元件吸收辐射能否引起温度升高,进而使有关物理参数发生相应变化,通过测量物理参数的变化,便可确定控制器所吸收的红外线辐射。热探测器主要类型有热释电型、热敏电阻型、热电偶型和气体型探测器。

2.光子探测器

光子探测器是利用入射红外线辐射的光子流与探测器材料中的电子相互作用,从而改变电子的能量状态,引起各种电学现象,称光子效应。利用光子效应制成的红外线探测器,统称光子探测器。光子探测器有内光和外光探测器两种,外光探测器又分为光电导、光生伏特和光磁电探测器三种。

三、应用

火电厂采用红外线传感器来检测锅炉的火焰。红外线传感器的探测器是光敏电阻(光电导)探测器。燃烧器火焰的一次燃烧区域所产生的红外线辐射,经由光导纤维转送到探头,通过探头中的光敏电阻转换成电信号后,再由放大器放大。该火焰信号经由屏蔽电缆送到机箱,通过频率响应开头和一个放大器后,再同一个参考电压(可调)进行比较,若火焰信号大于参考信号,则对应的触发器置位,触发器输出信号使红色火焰指示灯点亮,表明锅炉有火焰;反之表示锅炉无火焰。锅炉有无火焰是关系到锅炉运行安全的重要参数,因此,红外线传感器也是FSSS(锅炉炉膛安全监控系统)的眼睛。

感知人体最简单的方法是红外线传感器。因为人体比其他物体温度高,故可根据红外线的辐射能量进行检测。人体产生的红外线波长为10μm左右,因此,用远红外线传感器最为合适。在日常生活中使用人体红外线传感器的实例有:人进门后门厅灯和走廊灯自动点亮;自动抽水厕所;手放在水龙头下面能自动出水的自动水龙头;此外还有防盗报警装置。

基于光生伏特效应而工作的光电池,在有光线作用下实质上就是一个电源。

电路中有了这种光电元件就不需外加电源,将来的手机或掌上电脑如采用光电池的话,就无须充电或外加电池了,一旦无电,只要放到太阳下面晒一晒就会又有电了。光电池属于自发电型传感器,是全世界科技人员竞相研究的有环保概念的新投术领域。