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红外传感器的主要应用场景有哪些?

   日期:2019-08-30     浏览:21    评论:0    
核心提示:红外传感器指红外接近传感器,它的工作原理是检测物体电磁辐射的频率。只要本身温度大于绝对零度的物体,都会发出电磁辐射,人类所发出的电磁辐射频率属于红外线范畴,只要监测这个特定的红外线频率,红外接近传感器就能判断是否有人出现。那么,红外传感器的主要应用场景有哪些呢?红外传感器有如下几个优点:环境适应性优于可见光,尤其是在夜间和恶劣天候下的工作能力;隐蔽性好,一般都是被动接收目标的信号

红外传感器指红外接近传感器,它的工作原理是检测物体电磁辐射的频率。只要本身温度大于绝对零度的物体,都会发出电磁辐射,人类所发出的电磁辐射频率属于红外线范畴,只要监测这个特定的红外线频率,红外接近传感器就能判断是否有人出现。那么,红外传感器的主要应用场景有哪些呢?

在此之前,先要了解一下红外传感器的特点。

从目前应用的情况来看,红外传感器有如下几个优点:环境适应性优于可见光,尤其是在夜间和恶劣天候下的工作能力;隐蔽性好,一般都是被动接收目标的信号,比雷达和激光探测安全且保密性强,不易被干扰;由于目标和背景之间的温差和发射率差形成的红外辐射特性进行探测,因而识别伪装目标的能力优于可见光;与雷达系统相比,红外系统的体积小,重量轻,功耗低;根据红外传感器上述的性能特点,我们可以发展出多种不种的红外探测器。

利用其光效应:

1、光电导探测器:又称光敏电阻。半导体吸收能量足够大的光子后,体内一些载流子从束缚态转变为自由态,从而使半导体电导率增大,这种现象称为光电导效应。利用光电导效应制成的光电导探测器分为多晶薄膜型和单晶型两种。

2、光伏探测器:主要利用p-n结的光生伏特效应。能量大于禁带宽度的红外光子在结区及其附近激发电子空穴对。存在的结电场使空穴进入p区,电子进入n区,两部分出现电位差,外电路就有电压或电流信号。与光电导探测器比较,光伏探测器背景限探测率大40%,不需要外加偏置电场和负载电阻,不消耗功率,有高的阻抗。

3、光发射-Schottky势垒探测器:金属和半导体接触,形成Schottky势垒,红外光子透过Si层被PtSi吸收,使电子获得能量跃迁至费米能级,留下空穴越过势垒进入Si衬底,PtSi层的电子被收集,完成红外探测。

4、量子阱探测器(QWIP):将两种半导体材料用人工方法薄层交替生长形成超晶格,在其界面有能带突变,使得电子和空穴被限制在低势能阱内,从而能量量子化形成量子阱。

利用量子阱中能级电子跃迁原理可以做红外探测器。因入射辐射中只有垂直于超晶格生长面的电极化矢量起作用,光子利用率低;量子阱中基态电子浓度受掺杂限制,量子效率不高;响应光谱区窄;低温要求苛刻。

利用其热效应:

1、液态的水银温度计及气动的高莱池(Golaycell):利用了材料的热胀冷缩效应。

2、热电偶和热电堆:利用了温度梯度可使不同材料间产生温差电动势的温差电效应。

3、石英共振器非制冷红外成像列阵:利用共振频率对温度敏感的原理来实现红外探测。

4、测辐射热计:利用材料的电阻或介电常数的热敏效应—辐射引起温升改变材料电阻—用以探测热辐射。因半导体电阻有高的温度系数而应用最多,测温辐射热计常称“热敏电阻”。

另外,由于高温超导材料出现,利用转变温度附近电阻陡变的超导探测器引起重视。如果室温超导成为现实,将是21世纪最引人注目的一类探测器;

5、热释电探测器:有些晶体,如硫酸三甘酞、铌酸锶钡等,当受到红外辐射照射温度升高时,引起自发极化强度变化,结果在垂直于自发极化方向的晶体两个外表面之间产生微小电压,由此能测量红外辐射的功率。

按照应用功能、场所的不同,红外传感器应用大体上可分成以下几类:

辐射量、光谱测量

该类测量仪器用途广泛,如基于中红外辐射测量的地面辐射强度计,可用于如全球变暖等的气候变化观察;基于远红外辐射测量的红外空间望远镜,可用于宇宙天体天文观察;配带红外光谱扫描辐射仪的气象卫星,可实现对云层等的气象观察分析。在工矿企业中,应用较多的是基于辐射量测量的红外温度计和基于红外光谱测量的红外分析仪。

我们熟知战斗机携带的近距格斗空空导弹就是使用了红外跟踪系统,它是基于目标所发出的处于红外光谱范围内的电磁辐射波,来搜索和跟踪红外目标,确定其空间位置,并对其运动轨迹进行跟踪的系统。

红外搜索跟踪器的图像品质取决于与像素大小和像素数量相关的空间分辨率。也就是说,若仪器像素数越高,像素尺寸越小,则其显示的图像越清晰,可搜索的距离则越远。

擅长基于MCT(碲镉汞)冷却红外检测器技术的法国Sofradir公司,近期推出了高性能的基于10μm像距MWIR中红外的IRST红外搜索和跟踪系统,可用于飞行员或士兵不论白天还是夜晚,即使是在烟或雾环境下,仍能有效识别、分辨、定位远达10km以外的小目标。

热成像系统

热成像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上,从而获得红外热像图,这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。

任何有温度的物体都会发出红外线,热像仪就是接收物体发出的红外线,通过有颜色的图片来显示被测量物表面的温度分布,根据温度的微小差异来找出温度的异常点,从而起到与维护的作用。一般也称作红外热像仪。

热像仪在最早是因为军事目的而得以开发,近年来迅速向民用工业领域扩展。热像仪的应用非常广泛,只要有温度差异的地方都有应用。

比如:在建筑领域,检查空鼓、缺陷、瓷砖脱落、受潮、热桥等;在消防领域可以查找火源,判定事故的起因,查找烟雾中的受伤者;公安系统可以找夜间藏匿的人;汽车生产领域可以检测轮胎的行走性能、空调发热丝、发动机、排气喉等性能;医学可以检测针灸效果、早期发现鼻咽癌、乳腺癌等疾病;电力检查电线、连接处、快关闸、变电柜等。

红外通信系统

是采用调制后的红外辐射光束传输编码后的数据,再由硅光电二极管将收到的红外辐射信号转换成电信号,实现近距离通信的一种系统。具有不干扰其它邻近设备的正常工作,特别适用于人口高密度区域的户内通信的优点。此外,该通信系统还具有低功耗、低成本、安全可靠的特点。

其它

红外传感技术还广泛用于门禁报警与控制、照明控制、火灾检测、有毒有害气体泄漏检测、红外测距、采暖通风等其它综合应用场合。在德国纽伦堡举办的“SENSOR+TEST”展览会上,法国ULIS公司展出了其最新研制的、采用了最新的片上(on-chip)创新技术(如采用I2C标准接口、低功耗管理等)的红外热式传感器阵列Micro80P产品。

该传感器阵列基于有着较高可靠性的非晶硅技术,灵敏度高达80×80像距,其性能远远超越了在目前运动检测器中所用的单元件或四元件热式传感器,大大提升了工业级红外热检测传感器的能力。

该产品不仅可以用于检测温度点或温度面和探测运动,也可以实现对目标或人体活动的计数、定位和分类等功能。如在HVAC场合,可用于对房间内的人员进行计数,对房间墙壁温度进行测量,从而对室内采暖和空调系统进行自动精细调节,实现建筑物最大程度的节能降耗。


(文章内容来源于互联网)

 
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