红外传感器及其应用

组员：徐阳东胡维波刘磊一：红外传感器的定义二：红外传感系统的分类三：红外传感系统的工作原理四：红外传感器的应用五：红外传感器的发展前景红外线传感器是利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。如右图就是一种常见的红外传感器——双元热释电红外传感器按照功能分为五大类：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（1）待侧目标。根据待侧目标的红外辐射特性可进行红外系统的设定。（2）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。（3）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。（4）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。（5）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。（6）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。（7）探测器制冷器。由于某些探测器必须要在低温下工作，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。（8）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。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。红外探测器应用可以用于非接触式的温度测量，气体成分分析，无损探伤，热像检测，红外遥感以及军事目标的侦察、搜索、跟踪和通信等。下面我们看看红外传感器在生活，工业，农业，军事，机器人等领域的应用。1、红外传感器在生活中的应用红外线遥控鼠标器：在机械式鼠标器底部有一个露出一部分的塑胶小球,当鼠标器在操作桌面上移动时,小球随之转动在鼠标器内部装有三个滚轴与小球接触,其中有两个分别是X轴方向和Y轴方向滚轴,用来分别测量X轴方向和Y轴方向的移动量,另一个是空轴,仅起支撑作用。拖动鼠标器时,由于小球带动三个滚轴转动,X轴方向和Y轴方向滚轴又各带动一个转轴(称为译码轮)转动译码轮两侧分别装有红外发光二极管和光敏传感器,组成光电耦合器。光敏传感器内部沿垂直方向排列有两个光敏晶体管A和B。由于译码轮有间隙,故当译码轮转动时,红外发光二极管发出的红外线时而照在光敏传感器上,时而被阻断,从而使光敏传感器输出脉冲信号。光敏晶体管A和B被安放的位置使得其光照和阻断的时间有差异,从而产生的脉冲A和脉冲B有一定的相位差,利用这种方法,就能测出鼠标器的拖动方向。右图则为鼠标的内部结构，里面含有红外传感器。红外遥控器：在我们的家用电器中，很多都用到红外遥控器，比如我们电视遥控器，用红外遥控器控制控制智能冰箱，洗衣机，空调，还有私家汽车车门等等都能看到红外遥控器的用武之地。液晶电视红外遥控器各式各样的红外遥控器由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。工业设备环形绕线机中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成。应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图1所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。2、红外传感器在工业上的应用红外无损探伤仪：红外无损探伤仪可以用来检查部件内部缺陷，对部件结构无任何损伤。例如，检查两块金属板的焊接质量，利用红外辐射探伤仪能十分方便地检查漏焊或缺焊；为了检测金属材料的内部裂缝，也可利用红外探伤仪。将红外辐射对金属板进行均匀照射，利用金属对红外辐射的吸收与缝隙(含有某种气体或真空)对红外辐射的吸收所存在的差异，可以探测出金属断裂空隙。当红外辐射扫描器连续发射一定波长的红外光通过金属板时，在金属板另一侧的红外接收器也同时连续接收到经过金属板衰减的红外光；如果金属板内部无断裂，辐射扫描器在扫描过程中，红外接收器收到的是等量的红外辐射；多晶硅红外无损探测仪如果金属板内部存在断裂，红外接收器在辐射扫描器在扫描到断裂处时所接收到的红外辐射值与其他地方不一致，利用图像处形技术，就可以显示出金属板内部缺陷的形状。下面我们再来看看一些红外传感所做成的工业产品图片，让我们对它有个更好的了解。红外成像仪非接触式红外测温仪光电／红外传感器在军事上的应用主要包括：瞄准吊舱；直升机；无人机；预警机；侦察车；舰艇用新型侦察技术等等。关于这方面的内容本文不做什么详细的原理探讨，只是给大家看一些这方面的图片，吸引下大家的眼球。美国空军F-16战斗机，机腹下挂载的狙击手增程型红外瞄准吊舱诺斯罗普-格鲁门公司研制的莱特宁先进瞄准吊舱系统诺斯罗普·格鲁曼公司的RQ-4A“全球鹰”“全球鹰”可同时携带光电、红外传感系统和合成孔径雷达。光电传感器工作在0.4到0.8微米波段，红外传感器在3.6到5微米波段。光电系统包括第三代红外传感器和一个柯(KODAK)数字式电耦合器(CCD)。合成孔径雷达具有一个X波段、600MHZ、3.5千瓦峰值的活动目标指示器最新研制先进的无人轰炸机随着时代和科技的发展，越来越多的智能产品出现在我们的面前。我们之所以称它们智能，是因为他们拥有一个比较发达的“大脑”当然，这个大脑就是计算机。除了这个大脑以为，还有一个使它们具有智能化的重要原因就是在它们的内部拥有各式各样的内部信息传感器和外部信息传感器。这样就使得它们拥有人类一样的嗅觉，视觉，触觉，听觉等等。右图是现在全世界非常著名的QRIO机器人在打太极拳的图片前面提到的机器人应该代表着机器人的最高端水平，下面来看看和我们有些接触和设计到的机器人。超级红外遥控智能机避障红外传感电子小车红外遥控避障小车红外遥控避障小车是大学生比较喜欢制作的一种电子小车，也是相对而言比较容易制作的，现在在大学生实验室中很多都能见到这种小车的身影。是比较能够锻炼本科生的动手实践能力的。由此可预见，未来传感器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。人类社会对传感器提出的越来越高的要求是传感器技术发展的强大动力。而现代科学技术突飞猛进则提供了坚强的后盾。二十一世纪，人们一方面通过提高与改善传感器的技术性能；一方面通过寻找新原理、新材料、新工艺及新功能来改善传感器性能，制造出更多的传感器．而红外线传感器作为其中的一部分也必将得到更大的发展。小结：