Question

红外传感器的工作原理及相关程序

Answer 1

Answer 2

红外传感原理
人们一直都知道：
1.
很多材料能吸收红外辐射（由于分子内振动）
2.
对任何一种材料，它的吸收能力随波长（它的吸收光谱）变化而变化
3.
不同材料有不同的吸收光谱
红外气体传感器运作的基本原理是依靠对以上事实的发现。表
1中显示了典型的红外光谱，包括一氧化碳、
丙烷、己烷和二氧化碳。
表
1：
吸收光谱
设计原理
所有红外气体传感器都有基本的组成部分：一个红外源（即白炽灯），探头（如热电池，烟火探头），选
择适当波长的方法（如光带通过干扰过滤器）和样本元件。辐射从辐射源通过样本元件和波长选择器。波
长选择对传感器的相对选择性有相当大的影响。未被样本吸收的辐射被探头测出，对样本中目标气体的浓
度值提供测量的结果。样本中的另一个探头（或渠道）被设置成另一种波长，不会被样本中任何可能出现
的波长稀释，这通常被用来提供参考测量值。
另一个增强红外传感器表现的元件是温度传感器。所有这些元件必须有温度附件来进行补偿，以提供准确
的气体浓度值。温度传感器（通常是热敏电阻）应放在探头内或非常接近探头的地方。
红外传感器能在红外源和探头之间，为目标气体分子的测量提供有效的测量值。因而，输出信号不仅随气
体浓度变化，而且受气压影响也会变化，即他们是部份压力设备。为保证测量的高精确性，必需提供气压
补偿。这就说明了具有更长的光学路径的传感器（辐射距离从辐射源到探头）有更高的灵敏性，需要更低
的力学范围但增加的决议。
如果目标气体是一种气体，固定光路设备又处于在恒定气压下，则输出信号（及信号/声音比率）会随着气
体浓度增加成类似于指数衰变的趋势，即红外传感器是固定地非线性传感器。测量的准确性随着气体浓度
的增加降低。
上述对个组件的说明是非常典型的红外传感器，但在任何一个实用系统中都需要有支持电子。更常用的探
测技术是使用放大设备来放大探头输出的极小的模拟信号，被放大的输出信号在被模拟过滤后能提高测量
的准确性。

Answer 3

（1）待测目标
　　根据待侧目标的红外辐射特性可进行红外系统的设定。
（2）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。
（3）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。 　　（4）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。
（5）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。
（6）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。 　　（7）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。 　　（8）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、显像管、红外感光材料、指示仪器和记录仪等。 　　依照上面的流程，红外系统就可以完成相应的物理量的测量。红外系统的核心是红外探测器，按照探测的机理的不同，可以分为热探测器和光子探测器两大类。下面以热探测器为例子来分析探测器的原理。 　　热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。当元件接收辐射，引起非电量的物理变化时，可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。 　　图上所示为欧姆龙公司生产的漫反射式和对射式光电传感器，这两种传感器主要用于事件检测和物体定位。图中的红灯和绿灯表示传感器的状态。 　　红外传感器已经在现代化的生产实践中发挥着它的巨大作用，随着探测设备和其他部分的技术的提高，红外传感器能够拥有更多的性能和更好的灵敏度。