红外传感器应用及相关技术优势

1.红外测温仪

红外测温仪是利用热辐射体在红外波段的辐射通量来测量温度的。当物体的温度低于1000℃时，它向外辐射的不再是可见光而是红外光，可用红外探测器检测其温度。如采用分离出所需波段的滤光片，可使红外测温仪工作在任意红外波段。

图10-20所示是目前常见的红外测温仪框图。它是一个包括光、机、电一体化的红外测温系统。图中的光学系统是一个固定焦距的透射系统，滤光片一般采用只允许8～14μm的红外辐射能通过的材料。步进电动机带动调制盘转动，将被测的红外辐射调制成交变的红外辐射线。红外探测器一般为（钽酸锂）热释电探测器，透镜的焦点落在其光敏面上。被测目标的红外辐射通过透镜聚焦在红外探测器上，红外探测器将红外辐射变换为电信号输出。

图10-20 红外测温仪框图

红外测温仪的电路比较复杂，包括前置放大、选频放大、温度补偿、线性化、发射率（ε）调节等。目前已有一种带单片机的智能红外测温器，利用单片机与软件的功能，大大简化了硬件电路，提高了仪表的稳定性、可靠性和准确性。

红外测温仪的光学系统可以是透射式，也可以是反射式。反射式光学系统多采用凹面玻璃反射镜，并在镜的表面镀金、铝、镍或铬等对红外辐射反射率很高的金属材料。

2.红外线气体分析仪

红外线气体分析仪是根据气体对红外线具有选择性的吸收的特性来对气体成分进行分析的。不同气体其吸收波段（吸收带）不同。图10-21给出了几种气体对红外线的透射光谱。从图中可以看出，CO气体对波长为4.65μm附近的红外线具有很强的吸收能力，CO₂气体则发生在2.78μm和4.26μm附近以及波长大于13μm的范围对红外线有较强的吸收能力。如分析CO气体，则可以利用4.26μm附近的吸收波段进行分析。

图10-22所示是工业用红外线气体分析仪的结构原理图。该分析仪由红外线辐射光源、气室、红外检测器及电路等部分组成。(www.xing528.com)

图10-21 几种气体对红外线的透射光谱

光源由镍铬丝通电加热发出3～10μm的红外线，切光片将连续的红外线调制成脉冲状的红外线，以便于红外线检测器信号的检测。测量气室中通入被分析气体，参比气室中封入不吸收红外线的气体（如N₂等）。红外检测器是薄膜电容型，它有两个吸收气室，充以被测气体，当它吸收了红外辐射能量后，气体温度升高，导致室内压力增大。

测量时（如分析CO气体的含量），两束红外线经反射、切光后射入测量气室和参比气室，由于测量气室中含有一定量的CO气体，该气体对4.65μm的红外线有较强的吸收能力，而参比气室中气体不吸收红外线，这样射入红外探测器的两个吸收气室的红外线光造成能量差异，使两吸收室压力不同，测量边的压力减小，于是薄膜偏向定片方向，改变了薄膜电容两电极间的距离，也就改变了电容。如被测气体的浓度越大，两束光强的差值也越大，则电容的变化量也越大，因此电容变化量反映了被分析气体中被测气体的浓度。

图10-22 红外线气体分析仪的结构原理图

1—光源 2—抛物体反射镜 3—同步电动机 4—切光片 5—滤波气室 6—参比室 7—测量室 8—红外探测器 9—放大器

图10-22所示结构中还设置了滤波气室，其目的是消除干扰气体对测量结果的影响。所谓干扰气体，是指与被测气体吸收红外线波段有部分重叠的气体，如CO气体和CO₂在4～5μm波段内红外吸收光谱有部分重叠，则CO₂的存在对分析CO气体带来影响，这种影响称为干扰。为此在测量边和参比边各设置了一个封有干扰气体的滤波气室，它能将与CO₂气体对应的红外线吸收波段的能量全部吸收，因此左右两边吸收气室的红外能量之差只与被测气体（如CO）的浓度有关。