传感器论文.doc

1、论文题目：红外线传感器的发展与应用专 业： 电子信息工程系 姓 名： 胡松烨 _学 号： 10731113 指导老师： 钱月花 一摘要红外线传感器是利用物体产生红外辐射的特性，实现自动检测的传感器。在物理学中，我们已经知道可见光、不可见光、红外光及无线电等都是电磁波，它们之间的差别只是波长(或频率)的不同而已。下面是将各种不同的电磁波按照波长(或频率)排成的波谱图，称之为电磁波谱。红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这种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。红外线传感器是利用物体产生红外辐射的特性，实现自动检测的传感器。本文所介绍的热释电红外传感器，是一种非常有应用潜力的传

2、感器。它能检测人或某些动物发射的红外线并转换成电信号输出。本文先介绍热释电传感器的原理，然后再描述被动式热释电红外传感器相关的专用集成电路处理技术以及针对其缺陷作出的改进措施。二关键词传感器定义，红外辐射，电磁波波普图三. 正文（1） 红外线传感器的定义红外线传感器【infrared transducer】是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。它是一种不可见光，其光谱位于可见光中红色以外，所以称红外线。工程上把红外线占据在电磁波谱中的位置（波段）分为：近红外、中红外、远红外、极远红外四个波段。任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于

3、绝对零度），都能辐射红外线。（2） 特点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。（3） 应用及其可测量的物理量红外线传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。例如采用红外线传感器远距离测量人体表面温度的热像图，可以发现温度异常的部位，及时对疾病进行诊断治疗（见热像仪）；利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视，可实现大范围的天气预报；采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机的过热情况等。（4） 原理红外线传感器是利用物体产生红外辐射的特性，实现自动检测的传感器。在物理学中，我们

4、已经知道可见光、不可见光、红外光及无线电等都是电磁波，它们之间的差别只是波长(或频率)的不同而已。下面是将各种不同的电磁波按照波长(或频率)排成如下图所示的波谱图，称之为电磁波谱。电磁波波谱图从图中可以看出，红外线属于不可见光波的范畴，它的波长一般在 0.76600m 之间(称为红外区)。而红外区通常又可分为近红外(0.731.5m)、中红外(1.5 一 l0m)和远红外(10m 以上)，在 300m 以上的区域又称为“亚毫米波”。近年来，红外辐射技术已成为一门发展迅速的新兴学科。它已经广泛应用于生产、科研、军事、医学等各个领域。（5） 实物图（6）红外辐射的产生及其性质红外辐射是由于物体(固

5、体、液体和气体)内部分子的转动及振动而产生的。这类振动过程是物体受热而引起的，只有在绝对零度(-273.16)时，一切物体的分子才会停止运动。所以在绝对零度时，没有一种物体会发射红外线。换言之，在一般的常温下，所有的物体都是红外辐射的发射源。例如火焰、轴承、汽车、飞机、动植物甚至人体等都是红外辐射源。红外线和所有的电磁波一样，具有反射、折射、散射、干涉及吸收等性质，但它的特点是热效应非常大，红外线在真空中传播的速度 c=3108ms，而在介质中传播时，由于介质的吸收和散射作用使它产生衰减。金属对红外辐射衰减非常大，一般金属材料基本上不能透过红外线；大多数的半导体材料及一些塑料能透过红外线；液体

6、对红外线的吸收较大，例如厚l(mm)的水对红外线的透明度很小，当厚度达到 lcm 时，水对红外线几乎完全不透明了；气体对红外辐射也有不同程度的吸收，例如大气(含水蒸汽、二氧化碳、臭氧、甲烷等)就存在不同程度的吸收，它对波长为 15m，814m 之间的红外线是比较透明的，对其他波长的透明度就差了。而介质的不均匀，晶体材料的不纯洁，有杂质或悬浮小颗粒等，都会引起对红外辐射的散射。实践证明，温度愈低的物体辐射的红外线波长愈长。由此在工业上和军事上根据需要有选择地接收某一范围的波长，就可以达到测量的目的。（7） 红外传感器的组成红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路，主要有两部分组成：红外辐射源

7、，有红外辐射的物体就可以视为红外辐射源；红外探测器，能将红外辐射能转换为电能的光敏器件（8）红外传感系统的分类光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。 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：辐射计，用于辐射和光谱测量；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；热成像系统，可

8、产生整个目标红外辐射的分布图象；红外测距和通信系统；混合系统，是指以各类系统中的两个或者多个的组合。(9)红外传感器工作原理待侧目标。根据待侧目标的红外辐射特性可进行红外系统的设定。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

9、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来的电学效应。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。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、显象管、红外感光材料、指示仪器和记录仪等。（10）结论由于红外传感器的优越性，人们越来越多的应用这种探测器，而且对它的要求也越来越高。它的红外吸收和

10、探测率要高，相应时间要短，而且，随着越来越广泛的应用，我们要求增大红外传感器的相应波长，探测器波长趋向长波段。根据上述要求，红外传感器会随着微电子技术的发展和传感器的应用领域的不断扩大，从单一元件、单一功能相集成化、多功能化方向发展。另外，由于双色及多色探测器具有较好的抗干扰能力，能获得精确可靠的目标信息，今后这种探测器可能会更加引起人们的关注，此外，红外传感器还趋向于对原有探测器的改进、对新的制作材料的开发、以及向红外焦平面阵列的高密集度方面的发展。这方面的研究者和学者正在向这些方向努力研究，相信随着时间的推移会有更多更好的材料应用于红外传感器的制作中来，更多类型的红外传感器应用于更加广泛的领域。