易福門　紅外線/紅光傳感器

紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質的測量系統(tǒng)，按照功能可分成五類， 按探測機理可分成為光子探測器和熱探測器。 紅外傳感技術已經在現(xiàn)代科技、國防和工農業(yè)等領域獲得了廣泛的應用

紅外線對射管的驅動分為電平型和脈沖型兩種驅動方式。由紅外線對射管陣列組成分離型光電傳感器。該傳感器的創(chuàng)新點在于能夠抵抗外界的強光干擾。太陽光中含有對紅外線接收管產生干擾的紅外線，該光線能夠將紅外線接收二極管導通，使系統(tǒng)產生誤判，甚至導致整個系統(tǒng)癱瘓。本傳感器的優(yōu)點在于能夠設置多點采集，對射管陣列的間距和陣列數(shù)量可根據(jù)需求選取。

紅外線技術在測速系統(tǒng)中已經得到了廣泛應用，許多產品已運用紅外線技術能夠實現(xiàn)車輛測速、探測等研究。紅外線應用速度測量領域時，*難克服的是受強太陽光等多種含有紅外線的光源干擾。外界光源的干擾成為紅外線應用于野外的瓶頸。針對此問題，這里提出一種紅外線測速傳感器設計方案，該設計方案能夠為多點測量即時速度和階段加速度提供技術支持，可應用于公路測速和生產線下料的速度稱量等工業(yè)生產中需要測量速度的環(huán)節(jié)。

紅外技術已經眾所周知，這項技術在現(xiàn)代科技、國防科技和工農業(yè)科技等領域得到了廣泛的應用。紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質的測量系統(tǒng)，按照功能能夠分成五類：（1）輻射計，用于輻射和光譜測量；（2）搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標，確定其空間位置并對它的運動進行跟蹤；（3）熱成像系統(tǒng)，可產生整個目標紅外輻射的分布圖像；（4）紅外測距和通信系統(tǒng)；（5）混合系統(tǒng)，是指以上各類系統(tǒng)中的兩個或者多個的組合。

紅外傳感器根據(jù)探測機理可分成為：光子探測器（基于光電效應）和熱探測器（基于熱效應）。

根據(jù)待測目標的紅外輻射特性可進行紅外系統(tǒng)的設定。

待測目標的紅外輻射通過地球大氣層時，由于氣體分子和各種氣體以及各種溶膠粒的散射和吸收，將使得紅外源發(fā)出的紅外輻射發(fā)生衰減。

它接收目標的部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器。相當于雷達天線，常用是物鏡。

對來自待測目標的輻射調制成交變的輻射光，提供目標方位信息，并可濾除大面積的干擾信號。又稱調制盤和斬波器，它具有多種結構。

這是紅外系統(tǒng)的核心。它是利用紅外輻射與物質相互作用所呈現(xiàn)出來的物理效應探測紅外輻射的傳感器，多數(shù)情況下是利用這種相互作用所呈現(xiàn)出的電學效應。此類探測器可分為光子探測器和熱敏感探測器兩大類型。

由于某些探測器必須要在高溫下工作，所以相應的系統(tǒng)必須有制冷設備。經過制冷，設備可以縮短響應時間，提高探測靈敏度。

將探測的信號進行放大、濾波，并從這些信號中提取出信息。然后將此類信息轉化成為所需要的格式，*后輸送到控制設備或者顯示器中。

這是紅外設備的終端設備。常用的顯示器有示波器、顯像管、紅外感光材料、指示儀器和記錄儀等。

依照上面的流程，紅外系統(tǒng)就可以完成相應的物理量的測量。紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測器，按照探測的機理的不同，可以分為熱探測器和光子探測器兩大類。下面以熱探測器為例子來分析探測器的原理。

熱探測器是利用輻射熱效應，使探測元件接收到輻射能后引起溫度升高，進而使探測器中依賴于溫度的性能發(fā)生變化。檢測其中某一性能的變化，便可探測出輻射。多數(shù)情況下是通過熱電變化來探測輻射的。當元件接收輻射，引起非電量的物理變化時，可以通過適當?shù)淖儞Q后測量相應的電量變化。

圖上所示為歐姆龍公司生產的漫反射式和對射式光電傳感器，這兩種傳感器主要用于事件檢測和物體定位。圖中的紅燈和綠燈表示傳感器的狀態(tài)。

紅外傳感器已經在現(xiàn)代化的生產實踐中發(fā)揮著它的巨大作用，隨著探測設備和其他部分的技術的提高，紅外傳感器能夠擁有更多的性能和更好的靈敏度。

傳感器市場報告顯示，2008年全球傳感器市場容量為506億美元，預計2010年全球傳感器市場可達600億美元以上。調查顯示，東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場增長*快的地區(qū)，而美國、德國、日本依舊是傳感器市場分布*大的地區(qū)。就世界范圍而言，傳感器市場上增長*快的依舊是汽車市場，占第二位的是過程控制市場，看好通訊市場前景。

一些傳感器市場比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現(xiàn)出成熟市場的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場規(guī)模*大，分別占到整個傳感器市場的21%、19%和14%。傳感器市場的主要增長來自于無線傳感器、MEMS(MICRO-ELECTRO-MECHANICALSYSTEMS，微機電系統(tǒng))傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無線傳感器在2007-2010年復合年增長率預計會超過25%。

全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。有關***指出，傳感器領域的主要技術將在現(xiàn)有基礎上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產業(yè)化，競爭也將日益激烈。新技術的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場，比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場份額的擴大。

紅外線傳感器依動作可分為：

(1) 將紅外線一部份變換為熱，藉熱取出電阻值變化及電動勢等輸出信號之熱型。

(2) 利用半導體遷徙現(xiàn)象吸收能量差之光電效果及利用因PN 接合之光電動勢效果的量子型。

熱型的現(xiàn)象俗稱為焦熱效應，其中*具代表性者有測輻射熱器 (THERMAL BOLOMETER)，熱電堆(THERMOPILE)及熱電(PYROELECTRIC)元件。

熱型的優(yōu)點有：可常溫動作下操作，波長依存性(波長不同感度有很大之變化者)并不存在，造價便宜；

缺點：感度低、響應慢(MS之譜)。

量子型 的優(yōu)點：感度高、響應快速(ΜS 之譜)；

缺點：必須冷卻(液體氮氣) 、有波長依存性、價格偏高；

紅外線傳感器特別是利用遠紅外線范圍的感度做為人體檢出用，紅外線的波長比可見光長而比電波短。紅外線讓人覺得只由熱的物體放射出來，可是事實上不是如此，凡是存在于自然界的物體，如人類、火、冰等等全部都會射出紅外線，只是其波長因其物體的溫度而有差異而已。人體的體溫約為36～37°C，所放射出峰值為9～10微米的遠紅外線，另外加熱至400～700°C的物體，可放射出峰值為3～5微米(不是MM）的中間紅外線。

菲涅爾濾光透鏡，熱釋電紅外傳感器（PIR）和匹配低噪放大器。

菲涅爾透鏡有兩個作用：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射在PIR上：二是將探測區(qū)內分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入探測區(qū)的移動物體（人）能以溫度變化的形式在PIR上產生變化的熱釋紅外信號。一般還會匹配低噪放大器，當探測器上的環(huán)境溫度上升，尤其是接近人體正常體溫（37℃）時，傳感器的靈敏度下降，經由它對增益進行補償，增加其靈敏度。輸出信號可用來驅動電子開關，實現(xiàn)LED照明電路的開關控制。這是一款E27標準螺口燈頭的燈具，它的電源適用范圍是 AC180V-250V （50/60HZ）， 紅外傳感器檢測范圍大約在3M—15M，它的標準產品 IFS-BULB 3W燈具達80 LM ，5W燈具達140 LM 。在LED光源模塊的中央部分嵌入紅外線傳感器。一旦紅外傳感器檢測到人的體溫，LED電燈泡將會在50秒內自動開啟與關閉。適用于任何一種室內應用，如走廊、儲藏室、樓梯和大廳入口處。

紅外輻射的本質是熱輻射。以波的形式在空間直線傳播，真空中以光速傳播當物體溫度低于1000℃時，向外輻射的不再是可見光，而是紅外光紅外線在通過大氣層時, 有三個波段透過率高, 它們是2~2.6 uM、3~5 uM和8~14 uM。其波段如圖所示：

紅外探測器分為熱探測器和光子探測器兩種。

（1）熱探測器

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，進而使某些有關物理參數(shù)發(fā)生變化，通過測量物理參數(shù)的變化來確定探測器所吸收的紅外輻射。

（2）光子探測器

利用入射光輻射的光子流與探測器材料中的電子互相作用，從而改變電子的能量狀態(tài)，引起各種電學現(xiàn)象。