紅外傳感器ppt

1、紅外傳感器紅外傳感器指導(dǎo)老師：田斌主講人：馬小龍目錄目錄 紅外輻射基本知識 紅外探測器 紅外技術(shù)應(yīng)用 紅外輻射的基本知識紅外輻射的基本知識 紅外輻射本質(zhì)上是一種熱輻射。任何物體，只要溫度高于熱力學(xué)最低溫度(-273)，就會向外以紅外線的方式輻射能量。 一般將紅外輻射分為四個區(qū)域，即近紅外區(qū)、中紅外區(qū)、遠(yuǎn)紅外區(qū)和極遠(yuǎn)紅外區(qū)。紅外輻射和其他電磁輻射一樣，都是以電磁波的形式在空間傳播。它們在真空傳播的速度為光速。 紅外輻射在大氣中傳播時，由于大氣的成分會導(dǎo)致輻射能量在傳播過程中衰減，N2、H2、O2不吸收紅外輻射。 右圖為紅外輻射通過1海里長度的大氣后的透過率，透過率最高的有三個波段，稱為紅外輻射的

2、大氣窗口。紅外探測器一般都是工作在這三個波段內(nèi)。紅外輻射源 根據(jù)輻射源的幾何尺寸和輻射源距探測器或被輻射物體的遠(yuǎn)近，輻射源可以分為點(diǎn)源和面源。 同一輻射源在不同的情況下，既可以是點(diǎn)源也可以是面源。 通常將充滿紅外光學(xué)視場的大面積輻射源稱為面源，而將沒有充滿紅外光學(xué)視場的小面積輻射源稱為點(diǎn)源。 紅外紅外探測器探測器 紅外探測器(Infrared Detector)是將入射的紅外輻射信號轉(zhuǎn)變成電信號輸出的器件。紅外傳感器的構(gòu)成比較簡單，他一般有光學(xué)系統(tǒng)、探測器、信號處理電路和顯示單元組成。 紅外探測器的種類繁多，按其原理可以分為熱探測器和光子探測器。熱探測器 熱探測器吸收紅外輻射后，溫度升高，可以

3、使探測材料產(chǎn)生溫差電動勢、電阻率變化，自發(fā)極化強(qiáng)度變化，或者氣體體積與壓強(qiáng)變化等，測量這些物理性能的變化就可以測定被吸收的紅外輻射能量或功率。 優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)波段寬、室溫下工作、使用方便。 缺點(diǎn)：響應(yīng)時間長、靈敏度低。 應(yīng)用場合：紅外輻射變化比較緩慢的場合。熱釋電紅外探測器PIR sensor 的結(jié)構(gòu)熱電元件 熱電元件的接受到紅外線，溫度變化，熱釋電元件的表面產(chǎn)生電荷密度變化。 為了抑制自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾，PIR 將兩個熱電元件反向串聯(lián)或接成差動平衡電路。而且，環(huán)境背景對這兩個熱電元件的影響幾乎相同，其產(chǎn)生的釋電效應(yīng)相互抵消，因而無信號輸出。 人體經(jīng)過時，人體外紅輻射透過部分鏡面聚焦，兩片熱

4、電元件接收的輻射不同，產(chǎn)生的熱電釋不同，不能相互抵消。 在Vcc電源端利用C1和R1來穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號。當(dāng)檢測到人體移動信號時，電荷信號經(jīng)過FET放大后，經(jīng)過C2，R2的穩(wěn)壓,再經(jīng)過NPN的轉(zhuǎn)化，輸出OUT為低電平。熱釋電紅外傳感器原理圖直流負(fù)載線路圖PIR應(yīng)用電路圖交流負(fù)載線路圖光子探測器 光子探測器利用外光電效應(yīng)或內(nèi)光電效應(yīng)制成的輻射探測器，也稱光電型探測器。探測器中的電子直接吸收光子的能量，使運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電信號，常用于探測紅外輻射和可見光。 按其工作原理可以分為內(nèi)光電探測器和外光電探測器。 內(nèi)光電探測器分為光電導(dǎo)、光生伏和光磁電探測器三大類。 優(yōu)

5、點(diǎn)： 靈敏度高、響應(yīng)速度快、響應(yīng)頻率高。 缺點(diǎn)： 波段窄、工作溫度低。硫化鉛探測器 硫化鉛探測器是1um3um波段應(yīng)用很廣的器件。硫化鉛探測器一般為多晶薄膜結(jié)構(gòu)。是光電導(dǎo)型器件，有單元和多元線列器件，鑲嵌結(jié)構(gòu)可多達(dá)2000元。硫化鉛探測器的阻值適中，響應(yīng)率高，可以在常溫工作，使用方便；在低溫工作時，性能有所提高。硫化鉛探測器的主要缺點(diǎn)是響應(yīng)時間常數(shù)較大，電阻溫度系數(shù)大。目前，硫化鉛探測器在紅外探測、制導(dǎo)、引信、跟蹤、預(yù)警、測溫等領(lǐng)域大量使用。由于硫化鉛探測器工作在短波紅外（1um3um），所以適合對高溫目標(biāo)（如導(dǎo)彈和噴氣式飛機(jī)的噴口尾焰）探測。Pbs探測器光譜響應(yīng)曲線紅外探測器的性能參數(shù) 紅外

6、探測器的性能參數(shù)是衡量其性能好壞的依據(jù)。下面介紹一些其主要參數(shù)。1.電壓響應(yīng)率 Rv 當(dāng)（經(jīng)過調(diào)制的）紅外輻射照射到探測器的敏感元件上時，探測器的輸出電壓與輸入紅外輻射功率之比稱為探測器的電壓響應(yīng)率，記作Rv，單位為V/W。 式中，US為紅外探測器的輸出電壓；P0為投射到紅外敏感元件單位面積上的功率；A0為紅外探測器敏感元件的面積。S00VURP A2.響應(yīng)波長范圍響應(yīng)波長范圍(或稱光譜響應(yīng))是表示傳感器的電壓響應(yīng)率與入射的紅外輻射波長之間的關(guān)系，一般用曲線表示如圖。一般將響應(yīng)率最大值所對應(yīng)的波長稱為峰值波長(m)。把響應(yīng)率下降到響應(yīng)值的一半所對應(yīng)的波長稱為截止波長(c) ，它們表示著紅外傳感

7、器使用的波長范圍。3.噪聲等效功率 如果投射到紅外傳感器敏感元件上的輻射功率所產(chǎn)生的輸出電壓，正好等于傳感器本身的噪聲電壓，則這個輻射功率就叫做“噪聲等效功率”。通常用符號“NEP”表示。 00/NVSNNEPUP AU UR 其中：Us為紅外探測器的輸出電壓；P0為投射到紅外敏感元件單位面積上的功率；A0 為紅外敏感元面積；UN為紅外探測器的綜合噪聲電壓；RV為紅外探測器的電壓響應(yīng)率。4.探測率 探測率是噪聲等效功率的倒數(shù)，即： 1VNDNEPRU 紅外傳感器的探測率越高，表明傳感器所能探測到的最小輻射功率越小，傳感器就越靈敏。 4.時間常數(shù)時間常數(shù)表示紅外傳感器的輸出信號隨紅外輻射變化的速

8、率。 輸出信號滯后于紅外輻射的時間，稱為傳感器的時間常數(shù)，在數(shù)值上為：12cf式中fc為響應(yīng)率下降到最大值的0.707（3dB）時的調(diào)制頻率。 熱傳感器的熱慣性和RC參數(shù)較大，其時間常數(shù)大于光子傳感器，一般為毫秒級或更長；而光子傳感器的時間常數(shù)一般為微秒級。 6.比探測率 比探測率又叫歸一化探測率，或者叫探測靈敏度。實(shí)質(zhì)上就是當(dāng)傳感器的敏感元件面積為單位面積，放大器的帶寬f為1Hz時，單位功率的輻射所獲得的信號電壓與噪聲電壓之比。通常用符號D* 表示：0001*VNDfDffNEPRAAAU 由上式可知，比探測率與探測器的敏感元件面積和放大器的帶寬無關(guān)。當(dāng)要對不同探測器的性能進(jìn)行比較時就比較方

9、便。在一般情況下， D*越高，探測器的靈敏度就越高，性能就越好 紅外技術(shù)的應(yīng)用紅外技術(shù)的應(yīng)用 紅外探測器具有環(huán)境適應(yīng)性好，隱蔽性好，抗干擾能力強(qiáng)，能在一定程度上識別偽裝的目標(biāo)，且設(shè)備體積小，重量輕，功耗少等特點(diǎn)。隨著紅外探測器的發(fā)展，其廣泛應(yīng)用到軍事和民用領(lǐng)域中。 軍用領(lǐng)域：紅外制導(dǎo)、紅外偵察、紅外夜視。 民用領(lǐng)域：車輛駕駛、安防報警。紅外制導(dǎo) 紅外制導(dǎo)是利用紅外探測器捕獲和跟蹤目標(biāo)自身輻射的能量來實(shí)現(xiàn)尋的制導(dǎo)的技術(shù)。紅外制導(dǎo)技術(shù)是精確制導(dǎo)武器中一個十分重要的技術(shù)手段，分為紅外成像制導(dǎo)技術(shù)和紅外點(diǎn)源（非成像）制導(dǎo)技術(shù)兩大類。 在各種精確制導(dǎo)體系中，紅外制導(dǎo)因其制導(dǎo)精度高、抗干擾能力強(qiáng)、隱蔽性好

10、、效費(fèi)比高等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代武器裝配發(fā)展中占據(jù)著重要的地位。紅外點(diǎn)源制導(dǎo) 紅外點(diǎn)源制導(dǎo)系統(tǒng)通常由光學(xué)系統(tǒng)、調(diào)制器、紅外探測器、制冷器、伺服機(jī)構(gòu)以及電子線路等組成。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、動態(tài)范圍寬、響應(yīng)快。 缺點(diǎn)：抗干擾性差、制導(dǎo)不精確。 應(yīng)用：近距空空格斗彈、反坦克導(dǎo)彈， 及其他低成本、小型化導(dǎo)彈。紅外成像制導(dǎo) 紅外成像制導(dǎo)系統(tǒng)一般由紅外攝像頭、圖像處理電路、圖像識別電路、跟蹤處理器和穩(wěn)定系統(tǒng)等組成。 優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)、探測靈敏度高、空間分辨率高、探測遠(yuǎn)程小目標(biāo)和鑒別多目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的自動識別和命中點(diǎn)的選擇。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。 應(yīng)用：巡航導(dǎo)彈、反艦導(dǎo)彈、空地導(dǎo)彈等。響尾蛇空空導(dǎo)彈紅

11、旗15空空導(dǎo)彈紅外無損檢測 紅外無損檢測技術(shù)是一門跨學(xué)科、跨應(yīng)用領(lǐng)域的通用型實(shí)用技術(shù)，是一種創(chuàng)新性的無損檢測技術(shù)。國際上積極發(fā)展的新型數(shù)字化無損檢測技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對金屬、非金屬及復(fù)合材料中存在的裂紋、脫粘等缺陷進(jìn)行檢測，具有非接觸、檢測面積大、速度快、在線檢測等優(yōu)點(diǎn)。1965年，現(xiàn)代意義上的紅外成像技術(shù)逐步完善，由瑞典開發(fā)研制的紅外熱像儀，在二戰(zhàn)中被用于軍事用途，隨后，紅外熱成像技術(shù)發(fā)展成為新型的無損檢測技術(shù)。 紅外無損檢測分主動式和被動式兩類。 主動式是人為地在被測物體上注入固定熱量，探測物體表面熱量或熱流的變化規(guī)律，并以此判斷物體的質(zhì)量。 被動式是用物體自身的熱輻射作為輻射源，探測其輻射的強(qiáng)

12、弱或分布情況，判斷物體內(nèi)部有無缺陷。紅外無損檢測的優(yōu)點(diǎn)1)非接觸、非破壞2)速度快3)面積大5)操作簡單6)適用面廣，金屬、非金屬、復(fù)合材料7)測量結(jié)果圖像顯示，直觀易懂8)定量測量紅外無損檢測的應(yīng)用 進(jìn)入21世紀(jì)，紅外無損檢測技術(shù)的應(yīng)用范圍變得更加廣泛，遍布工業(yè)發(fā)展的各個領(lǐng)域，在航空航天、機(jī)械、太陽能、風(fēng)電、工業(yè)控制、交通運(yùn)輸、汽車制造等行業(yè)普遍采用，成為不可或缺的質(zhì)量保證手段。1)測航空/航天器鋁蒙皮加強(qiáng)筋開裂與銹蝕,機(jī)身蜂窩結(jié)構(gòu)材料、碳纖維和玻璃纖維增強(qiáng)多 層復(fù)合材料缺陷的檢測、損傷判別與評估。2)火箭液體燃料發(fā)動機(jī)和固體燃料發(fā)動機(jī)的噴口絕熱層附著檢測。渦輪發(fā)動機(jī)和噴氣發(fā)動機(jī)葉片的檢測。3)新材料(