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凯发k8国际首页登录 红外传感器的工作原理、类型、应用、优缺点

2023-12-18 11:34:57

红外传感器是无线技术中最常用的传感器,分为主动式和被动式两种。红外焦平面探测器,也是属于被动式红外传感器中的一种,可以实现红外热成像和红外测温的传感器。其中涉及远程控制功能和检测周围物体/障碍物。这篇文章将讨论什么是红外传感器,它的工作原理,它是如何工作的,类型,应用,优点和缺点。

什么是红外传感器

IR 传感器是一种简单的电子设备,它发射和检测 IR 辐射以找出其范围内的某些物体/障碍物。它的一些功能是热量和运动感应。

IR 传感器使用波长介于 0.75 到 1000µm 之间的红外辐射,该辐射介于电磁光谱的可见光和微波区域之间。IR 区域对人眼是不可见的。红外光谱根据其波长分为三个区域,即近红外、中红外、远红外。

红外光谱的波长区域

· 近红外 – 1µm 至 3 µm

· 中波红外 – 3 µm 至 5 µm

· 长波红外 –8 µm 至 14 µm

红外线传感器的类型

IR 传感器可根据 IR 源的存在分为两种类型:

· 有源红外传感器

· 被动红外传感器

有源红外传感器

有源红外传感器包含发射器和接收器。大多数情况下,LED 或激光二极管用作光源。使用用于非成像红外传感器的 LED 和用于成像红外传感器的激光二极管。

有源红外传感器

有源红外传感器通过辐射能量工作,由探测器接收和检测,并由信号处理器进一步处理,以获取所需的信息。

有源红外传感器的示例:中断光束传感器、反射传感器。

主动式红外传感器

红外传感器适用于三个基本物理定律:

· 普朗克辐射定律:任何温度不等于绝对零(-273℃)的物体都会发出辐射。

· 斯蒂芬玻尔兹曼定律:黑体在所有波长发射的总能量与绝对温度有关。

· 温氏位移定律:不同温度的物体发出的光谱在与温度成反比的不同波长处达到峰值。

主动红外探测系统的关键要素

红外探测系统的关键要素是:

红外线发射器

IR 发射器充当 IR 辐射源。根据普朗克辐射定律,在温度 T 高于 0 开尔文时,每个物体都是红外辐射源。在大多数情况下,黑体辐射器、钨灯、碳化硅、红外激光器、红外波长的 LED 被用作光源。

传输介质

顾名思义,传输介质为辐射从红外发射器到达红外接收器提供了通道。使用真空、大气和光纤作为介质。

红外接收器

通常IR接收器是光电二极管和光电晶体管。它们能够检测红外辐射。因此,IR 接收器也称为 IR 检测器。根据波长、电压和封装,可提供多种接收器。

IR 发射器和接收器选择匹配参数。接收器的一些决定性规格是光敏度或响应度、噪声等效功率和探测度。

主动式红外传感器的工作原理

红外传感器按以下顺序工作:

· IR 源(发射器)用于发射所需波长的辐射。

· 这种辐射到达物体并被反射回来。

· 反射的辐射由 IR 接收器检测。

· 然后,IR 接收器检测到的辐射会根据其强度进行进一步处理。通常,IR Receiver 输出较小,放大器用于放大检测到的信号。

IR传感器检测系统的典型工作可以通过下面的图来理解。

红外传感器的工作原理

IR 检测系统中的事件可能是直接的或间接的。在直接入射的情况下,发射器和接收器之间没有障碍。而在间接入射中,红外发射器和接收器并排放置,物体在它们面前。

被动式红外传感器

被动红外传感器仅包含探测器。不会有发射器组件。

这些类型的传感器使用物体作为红外源/发射器。物体辐射能量并被红外接收器检测到。然后使用信号处理器来解释信号以获取所需的信息。

被动红外传感器示例:热电偶-热电堆、微测辐射热计、热释电探测器等。微测辐射热计也叫红外焦平面探测器,也是属于其中的一种,可以实现红外热成像和红外测温的传感器。

无源红外传感器

有两种类型的被动红外传感器:

· 热红外传感器

· 光子红外传感器

热红外传感器

热红外传感器是探测物体得热量变化,

热探测器的探测时间和响应时间都很慢。

光子红外传感器

光子红外传感器具有很高的检测时间和响应时间。这些类型的 IR 传感器需要配备制冷机才能进行精确测量。

红外传感器的应用

IR 传感器已在当今的大多数设备中得到应用。以下是以其用途命名的传感器列表。

接近传感器

这些用于智能手机中以查找物体的距离。他们使用称为反射间接入射的原理。发射器发射的辐射被物体反射后被接收器接收。距离是根据接收到的辐射强度计算的。

物品计数器

这使用直接关联方法来计算项目。在发射器和接收器之间保持恒定的辐射。一旦物体切断辐射,就会检测到物品并增加计数。相同的计数显示在显示系统上。

防盗报警器

这是广泛和常用的传感器应用之一。这是直接入射法的另一个例子。

它的工作原理类似于物品计数器,其中发射器和接收器位于门框的两侧。当物体穿过路径时,发射器和接收器之间会保持恒定的辐射,警报就会启动。

辐射温度计

它是红外传感器的关键应用之一。辐射温度计的工作取决于温度和物体的类型。

这些具有更快的响应和简单的模式测量。他们可以在不直接接触物体的情况下进行测量。

人体检测

该方法用于入侵检测、自动灯开关等。入侵报警系统感知人体温度,也就是红外测温。

如果温度超过阈值,则设置警报。它使用适合人体的电磁系统,以保护人体免受有害辐射。

气体分析仪

气体分析仪用于利用气体在红外区域的吸收特性来测量气体密度。可提供分散型和非分散型气体分析仪。

其他应用

红外传感器还用于红外成像设备、光功率计、分拣设备、制导、遥感、火焰监测器、水分分析仪、夜视设备、红外天文学、铁路安全等。

红外传感器的优点

红外传感器的优点是:

· 它们的低功耗要求使其适用于大多数电子设备,例如笔记本电脑、电话、PDA。

· 它们能够以几乎相同的可靠性检测存在/不存在光的运动。

· 它们不需要与物体接触即可进行检测。

· 由于光束方向性红外辐射,没有数据泄漏。

· 它们不受腐蚀或氧化的影响。

· 它们具有非常强的抗噪能力。

红外传感器的缺点

红外传感器的缺点是:

· 所需的视线(红外焦平面探测器无需任何光线就可以实现目标探测)。

· 被普通物体挡住。

· 范围有限。(红外焦平面探测器可以实现远距离目标探测)

· 可能会受到雨、雾、灰尘、污染等环境条件的影响。(红外焦平面探测器可以透过雨夜雾霾尘实现红外热成像以及红外测温)

· 传输数据速率有限。

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