《傳感器應用技術》課程紅外傳感器的原理及分類PrincipleandclassificationofinfraredsensorsSensorsapplicationtechnology1.紅外檢測的物理基礎2.

紅外輻射的基本定律3.紅外探測器的分類課程內容CourseContents1.

紅外檢測的物理基礎

紅外輻射俗稱紅外線，它是一種不可見光，由于是位于可見光中紅色光以外的光線，故稱紅外線。它的波長范圍大致在0.76～1000μm，紅外線在電磁波譜中的位置如圖所示。1.

紅外檢測的物理基礎

紅外線輻射的物理本質是熱輻射。一個熾熱物體向外輻射的能量大部分是通過紅外線輻射出來的。物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，輻射的能量就越強。而且，紅外線被物體吸收時，可以顯著地轉變為熱能。

在自然界中，只要物體本身具有一定溫度（高于絕對零度），都能輻射紅外光。例如電機，電器，爐火，甚至冰塊都能產生紅外輻射。1.

紅外檢測的物理基礎

紅外輻射和所有電磁波一樣，是以波的形式在空間直線傳播的。紅外線在通過大氣層時，有三個波段透過率最高，分別是2～2.6μm，3～5μm，8～14μm，統稱它們為“大氣窗口”。這三個波段對紅外探測技術特別重要。紅外探測器一般都工作在“大氣窗口”這三個波段。2.

紅外輻射的基本定律(1)基爾霍夫定律：在一定溫度下，地物單位面積上的輻射通量W和吸收率之比，對于任何物體都是一個常數，并等于該溫度下同面積黑體輻射通量W。在給定的溫度下，物體的發射率=吸收率（同一波段）；吸收率越大，發射率也越大。地物的熱輻射強度與溫度的四次方成正比，所以地物微小的溫度差異就會引起紅外輻射能量的明顯變化。這種特征構成了紅外遙感的理論基礎。

(2)玻耳茲曼定律：即黑體總輻射通量隨溫度的增加而迅速增加，它與溫度的四次方成正比。因此，溫度的微小變化就會引起輻射通量密度很大的變化，這正是紅外裝置測定溫度的理論基礎。

(3)維恩位移定律：隨著溫度的升高，輻射最大值對應的峰值波長向短波方向移動。

3.

紅外探測器的分類

紅外傳感器一般由光學系統、探測器、信號調理電路及顯示等組成。

紅外探測器是紅外傳感器的核心，紅外探測器種類很多。根據驅動方式不同可分為電平型和脈沖型；根據探測原理的不同可分為光子探測器(探測原理基于光電效應)和熱探測器(探測原理基于熱效應)；根據功能不同可分為輻射計、搜索跟蹤系統、熱成像系統、紅外測距通信系統和混合系統五大類。3.

紅外探測器的分類

（1）、光子探測器

入射紅外輻射的光子流與探測器材料中的電子相互作用，從而改變電子的能量狀態，引起各種電學現象，稱光子效應。利用光子效應制成的紅外探測器，統稱光子探測器。

光子探測器通過測量材料電子性質的變化，可以知道紅外輻射的強弱。其主要特點是靈敏度高，響應速度快，具有較高的響應頻率，但探測波段較窄，一般需在低溫下工作。3.

紅外探測器的分類

（2）、熱探測器

熱探測器是利用紅外輻射的熱效應，探測器的敏感元件吸收輻射能后引起溫度升高，進而使有關物理參數發生相應變化，通過測量物理參數的變化，便可確定控制器所吸收的紅外輻射。

熱探測器主要優點是響應波段寬，響應范圍可擴展到整個紅外區域，可以在室溫下工作，使用方便，應用相當廣泛。

熱探測器主要類型有：熱釋電型，熱敏電阻型，熱電偶型，氣體型探測器。其中熱釋電探測