红外线传感器的应用原理主要基于红外辐射的特性以及光电器件对红外线的响应。其核心思路是通过探测物体发射、反射或吸收红外线的变化，将其转化为可测量的电信号，从而感知物体的存在、温度、运动状态等信息。以下是详细原理和应用分类说明：

一、核心原理

1. 红外线特性
   红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波（通常指0.75μm–1000μm）。自然界中所有温度高于绝对零度（-273℃）的物体都会自发辐射红外线，且辐射强度与温度正相关（斯特藩-玻尔兹曼定律）。

2. 红外探测机制

   • 被动式探测：直接检测物体自身辐射的红外能量（如热释电传感器）。
   • 主动式探测：传感器发射红外光并检测其反射或透射信号（如光电开关）。

二、主要类型与工作原理

1. 被动红外传感器（PIR - Passive Infrared）

• 原理：利用热释电效应
  传感器内部的热释电材料（如钽酸锂）在感知到物体温度变化时产生极化电荷（电压信号）。当移动的人体或动物进入监测区域时，其体温与环境温差导致热辐射变化，引发传感器输出电信号。
• 关键技术：
  • 菲涅尔透镜：放大探测范围，聚焦微弱红外辐射。
  • 双元/四元探测单元：通过差分信号避免环境温度干扰（只响应动态目标）。
• 应用：安防报警（人体感应）、自动照明。

2. 主动红外传感器

• 原理：发射-接收模式
  包含红外发射管（IR LED）和红外接收管（光敏二极管/光敏三极管）：
  • 反射式：接收反射信号（物体遮挡或靠近）。
  • 对射式：接收器直接接收发射端信号（物体阻断光路）。
• 信号处理：
  • 调制解调技术：发射高频调制的红外信号（如38kHz），接收端同步解调，避免可见光干扰。
  • 信号强度比较：根据接收光强变化判断物体有无/距离。
• 应用：自动门、传送带计数、防夹手感应器。

3. 红外温度传感器

• 原理：斯特藩-玻尔兹曼定律 + 热敏探测
  通过测量物体红外辐射的总能量推算温度。探测器常用热电堆（多组热电偶串联）或微测辐射热计（材料电阻随温度变化）。
• 校准补偿：内置环境温度传感器（NTC）补偿误差。
• 应用：工业设备温度监控、医疗耳温枪。

4. 红外光谱传感器

• 原理：分子选择性吸收
  不同物质吸收特定波长的红外线（如CO₂吸收4.26μm）。通过检测特定波段的红外光衰减程度，分析气体浓度或物质成分。
• 关键技术：窄带滤光片、参考光源。
• 应用：酒精检测仪、二氧化碳监测器。

三、典型应用场景

四、关键技术挑战与解决方向

• 抗干扰：环境光、高温物体干扰 → 调制信号 + 带通滤波。
• 灵敏度提升：低辐射物体探测 → 冷却式探测器（如MCT）、放大电路优化。
• 多目标区分：密集场景识别 → 红外阵列传感器（如热成像仪）。
• 小型化/低成本：MEMS工艺制造热电堆（手机集成温度传感）。

✅ 知识补充：红外热成像仪利用探测器阵列扫描场景中各点的红外辐射强度，生成温度分布热力图，在消防、建筑检测中可直观识别结构隐患。

红外线传感器凭借非接触、抗干扰、全天候等特性，已成为物联网（IoT）、智能家居和工业4.0的关键组件，其小型化与智能化（如融合AI算法）将持续扩展应用边界。