红外传感器的优点及市场应用

红外辐射简称红外线，它是一种人眼看不见的光线，但实际上它和其他任何光线一样，也是一种客观存在的物质。任何物体，只要它的温度高于绝对零度（-273℃）就会有红外线向周围空间辐射。

红外辐射的物理本质是热辐射。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，红外辐射的能量就越强。研究发现，太阳光谱中各种单色光的热效应从紫色光到红色光是逐渐增大的，而且最大的热效应出现在红外辐射的频率范围内，因此人们又将红外辐射称为热辐射或热射线。实验表明，波长在0.1～1000μm的电磁波被物体吸收时，可以显著地转为热能。

用红外线作为检测媒介，来测量某些非电量，这样的传感器叫作红外传感器。与用可见光作为媒介的检测方法相比，红外传感器具有以下几方面的优点：

1.可昼夜测量。红外线（指中、远红外线）不受周围可见光的影响，故可在昼夜进行测量。

2.不必设光源。由于待测对象发射出红外光，故不必设光源。

3.适用于遥感技术。大气对某些特定波长范围的红外线吸收甚少，故适用于遥感技术。

目前，市场上的红外传感器主要有以下几种：

1.基于黑体辐射的红外能量的吸收而产生温度变化的加热型红外传感器。包括热释电型红外传感器和热电堆等。

如图4.6.5所示，热释电型红外传感器是利用热释电效应而制作的红外传感器。所谓热释电效应，就是由于温度的变化而产生电荷的一种现象。热释电型红外传感组件的等效电路是一个在负载电阻上并联一个电容的电流发生器，其输出阻抗极高，而且输出电压信号又极其微弱，故在管内附有场效应晶体管FET放大器，及厚膜电阻，以达到阻抗变换的目的。为防止可见光对热释电元件的干扰，还得在其表面安装一块滤光片，滤光片的波段范围应选择与被测物体的红外辐射波长一致，例如作为人体红外探测，滤光片应选择7.5～14μm波段，因为人体温度为36℃时，辐射的红外线在9.4μm处最强。

热释电型红外传感器自身具有的优点，特别是它能在室温条件下工作，所以，它是目前应用最广的红外传感器。近年来，热释电型红外传感器在家庭自动化、保安系统以及节能等领域应用广泛。

图4.6.5　热释电型红外传感组件的结构示意图(www.xing528.com)

2.由入射光能量激励的电子而产生电导率变化或者电动势的量子型红外传感器。包括光敏二极管和光敏电阻等。

量子型红外传感器的灵敏度和响应速度都比较好，但是它的灵敏度和响应速度都会受到光波波长的影响，而且有时候还需要对传感器进行冷却，一般在冷却条件下使用，加热型红外传感器与量子型红外传感器的特性刚好相反，优点是不受波长的影响，能在室温下工作，缺点是灵敏度低，响应速度慢。

【拓展知识】

1.热释电型红外传感器外加透镜的防盗报警电路

如图4.6.6.所示为防盗报警电路，主要由热释电红外探头IC1和语音集成电路IC2等组成。IC1是一种被动式红外检测器件，它能以非接触方式检测出运动人体所辐射的红外能，并将其转化为电脉冲信号。同时，它还能有效地抑制人体辐射波长以外的红外光和可见光的干扰。IC2得到触发信号后发出的语音信号经三极管VT放大，推动扬声器B发出响亮的报警声。

图4.6.6　热释电红外探测报警电路

2.自动开关系统

在日常生活中常见的自动开关的电动门、厕所内的自动冲水、烘干手的热风机等，都是利用热释电型传感器制作的自动开关。

如图4.6.7所示是热释电型人体检测原理框图，其中热释电传感器装在菲涅尔透镜罩中。菲涅尔透镜是由一组多单元平行的棱柱型透镜组成。从热释电元件往前看，它的视觉被分割成一个个单元，相邻的单元透镜视场是断续的，也不重叠。当体在透镜的监视范围内运动时，热释电元件是一会儿看得见，一会儿看不见，再一会儿看得见人……这样将人恒定的红外辐射变成交变的辐射。

图4.6.7　热释电型人体检测原理图