红外热释电传感器与红外传感器差异对比

工程师谭军 发表于 2018-09-20 15:22:21 收藏 已收藏
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红外热释电传感器与红外传感器差异对比

工程师谭军 发表于 2018-09-20 15:22:21
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  本文主要是关于红外热释电传感器与红外传感器的相关介绍,并着重对红外热释电传感器与红外传感器进行了详尽的对比区分。

  红外热释电传感器

  热释电红外传感器在结构上引入场效应管,其目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号,并不能直接使用,因而需要用电阻将其转换为电压形式。故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片,并在它的两面镀上金属电极,然后加电对其进行极化,这样便制成了热释电探测元。

  结构

  由于加电极化的电压是有极性的,因此极化后的探测元也是有正、负极性的。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起,目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射,热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上,从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料,它的探测波长范围为0.2-20um。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏度,该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外,还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。

  优缺点

  优点:本身不发任何类型的辐射,器件功耗很小,隐蔽性好。价格低廉。

  缺点:

  ◆容易受各种热源、光源干扰

  ◆被动红外穿透力差,人体的红外辐射容易被遮挡,不易被探头接收。

  ◆环境温度和人体温度接近时,探测和灵敏度明显下降,有时造成短时失灵。

  抗干扰性能

  ①防小动物干扰:探测器安装在推荐的使用高度,对探测范围内地面上的小动物,一般不产生报警。

  ②抗电磁干扰:探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求,一般手机电磁干扰不会引起误报。

  红外热释电传感器与红外传感器差异对比

  ③抗灯光干扰:探测器在正常灵敏度的范围内,受3米外H4卤素灯透过玻璃照射,不产生报警。

  红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感,而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感。在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。

  注意事项

  检测器应避开日光、汽车头灯、白炽灯直接照射,也不能对着热源(如暖气片、加热器)或空调,以避免环境温度较大的变化而造成误报;检测器安装必须牢固,避免因风吹晃动而造成误报;传感器表面不允许用手摸;光学透镜外表面要定期用湿软布或棉花擦净,避免尘土影响灵敏度;安装高度2m。

  要特别提出的是该检测器电路板在工厂已调试好,保证检测距离大于6m。若整个报警系统有问题,请不要调整或改动这部分电路,否则检测距离就不能保证。

  红外传感器

  红外传感系统是用红外线为介质的测量系统,按照功能可分成五类, 按探测机理可分成为光子探测器和热探测器。 红外传感技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用红外线对射管的驱动分为电平型和脉冲型两种驱动方式。由红外线对射管阵列组成分离型光电传感器。该传感器的创新点在于能够抵抗外界的强光干扰。太阳光中含有对红外线接收管产生干扰的红外线,该光线能够将红外线接收二极管导通,使系统产生误判,甚至导致整个系统瘫痪。本传感器的优点在于能够设置多点采集,对射管阵列的间距和阵列数量可根据需求选取。

  红外线技术在测速系统中已经得到了广泛应用,许多产品已运用红外线技术能够实现车辆测速、探测等研究。红外线应用速度测量领域时,最难克服的是受强太阳光等多种含有红外线的光源干扰。外界光源的干扰成为红外线应用于野外的瓶颈。针对此问题,这里提出一种红外线测速传感器设计方案,该设计方案能够为多点测量即时速度和阶段加速度提供技术支持,可应用于公路测速和生产线下料的速度称量等工业生产中需要测量速度的环节。

  红外技术已经众所周知,这项技术在现代科技、国防科技和工农业科技等领域得到了广泛的应用。红外传感系统是用红外线为介质的测量系统,按照功能能够分成五类:(1)辐射计,用于辐射和光谱测量;(2)搜索和跟踪系统,用于搜索和跟踪红外目标,确定其空间位置并对它的运动进行跟踪;(3)热成像系统,可产生整个目标红外辐射的分布图像;(4)红外测距和通信系统;(5)混合系统,是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。

  红外传感器根据探测机理可分成为:光子探测器(基于光电效应)和热探测器(基于热效应)。

  原理

  待测目标

  根据待测目标的红外辐射特性可进行红外系统的设定。

  大气衰减

  待测目标的红外辐射通过地球大气层时,由于气体分子和各种气体以及各种溶胶粒的散射和吸收,将使得红外源发出的红外辐射发生衰减。

  光学接收器

  它接收目标的部分红外辐射并传输给红外传感器。相当于雷达天线,常用是物镜。

  辐射调制器

  对来自待测目标的辐射调制成交变的辐射光,提供目标方位信息,并可滤除大面积的干扰信号。又称调制盘和斩波器,它具有多种结构。

  红外探测器

  这是红外系统的核心。它是利用红外辐射与物质相互作用所呈现出来的物理效应探测红外辐射的传感器,多数情况下是利用这种相互作用所呈现出的电学效应。此类探测器可分为光子探测器和热敏感探测器两大类型。

  探测器制冷器

  由于某些探测器必须要在高温下工作,所以相应的系统必须有制冷设备。经过制冷,设备可以缩短响应时间,提高探测灵敏度。

  信号处理系统

  将探测的信号进行放大、滤波,并从这些信号中提取出信息。然后将此类信息转化成为所需要的格式,最后输送到控制设备或者显示器中。

  显示设备

  这是红外设备的终端设备。常用的显示器有示波器、显像管、红外感光材料、指示仪器和记录仪等。

  依照上面的流程,红外系统就可以完成相应的物理量的测量。红外系统的核心是红外探测器,按照探测的机理的不同,可以分为热探测器和光子探测器两大类。下面以热探测器为例子来分析探测器的原理。

  热探测器是利用辐射热效应,使探测元件接收到辐射能后引起温度升高,进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化,便可探测出辐射。多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。当元件接收辐射,引起非电量的物理变化时,可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。

  图上所示为欧姆龙公司生产的漫反射式和对射式光电传感器,这两种传感器主要用于事件检测和物体定位。图中的红灯和绿灯表示传感器的状态。

  红外传感器已经在现代化的生产实践中发挥着它的巨大作用,随着探测设备和其他部分的技术的提高,红外传感器能够拥有更多的性能和更好的灵敏度。

  类型

  红外线传感器依动作可分为:

  (1) 将红外线一部份变换为热,藉热取出电阻值变化及电动势等输出信号之热型。

  (2) 利用半导体迁徙现象吸收能量差之光电效果及利用因PN 接合之光电动势效果的量子型。

  热型的现象俗称为焦热效应,其中最具代表性者有测辐射热器 (THERMAL BOLOMETER),热电堆(THERMOPILE)及热电(PYROELECTRIC)元件。

  热型的优点有:可常温动作下操作,波长依存性(波长不同感度有很大之变化者)并不存在,造价便宜;

  缺点:感度低、响应慢(MS之谱)。

  量子型 的优点:感度高、响应快速(ΜS 之谱);

  缺点:必须冷却(液体氮气) 、有波长依存性、价格偏高;

  红外线传感器特别是利用远红外线范围的感度做为人体检出用,红外线的波长比可见光长而比电波短。红外线让人觉得只由热的物体放射出来,可是事实上不是如此,凡是存在于自然界的物体,如人类、火、冰等等全部都会射出红外线,只是其波长因其物体的温度而有差异而已。人体的体温约为36~37°C,所放射出峰值为9~10微米的远红外线,另外加热至400~700°C的物体,可放射出峰值为3~5微米(不是MM)的中间红外线。

  红外热释电传感器与红外传感器差异对比

  红外热释电传感器是一种采用高热电系数材料为核心制成的用于探测红外辐射的传感器,其本身是不带红外辐射源的被动式红外传感器。而通常所说的红外传感器是指由红外发射管和红外接收管组成的对射或反射式传感器。这两种传感器的主要区别是工作原理不同前者是被动地探测红外辐射,后者是主动发射红外线再由接收器根据光线被遮挡或反射接收的光强度变化来完成探测工作。

  结语

  关于红外热释电传感器与红外传感器的相关介绍就到这了,如有不足之处欢迎指正。

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