紅外傳感器及其應(yīng)用

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1、組 員 ： 徐 陽 東 胡 維 波 劉 磊 一 ： 紅 外 傳 感 器 的 定 義二 ： 紅 外 傳 感 系 統(tǒng) 的 分 類三 ： 紅 外 傳 感 系 統(tǒng) 的 工 作 原 理四 ： 紅 外 傳 感 器 的 應(yīng) 用五 ： 紅 外 傳 感 器 的 發(fā) 展 前 景 紅 外 線 傳 感 器 是 利 用 紅 外 線 的 物 理 性 質(zhì) 來 進 行 測 量 的傳 感 器 。 紅 外 線 又 稱 紅 外 光 ， 它 具 有 反 射 、 折 射 、 散 射 、干 涉 、 吸 收 等 性 質(zhì) 。 任 何 物 質(zhì) ， 只 要 它 本 身 具 有 一 定 的 溫度 （ 高 于 絕 對 零 度 ） ， 都 能 輻 射

2、 紅 外 線 。 紅 外 線 傳 感 器 測量 時 不 與 被 測 物 體 直 接 接 觸 ， 因 而 不 存 在 摩 擦 ， 并 且 有 靈敏 度 高 ， 響 應(yīng) 快 等 優(yōu) 點 。 如 右 圖 就 是 一 種 常 見 的 紅 外 傳 感 器 雙 元 熱 釋 電 紅外 傳 感 器 紅 外 傳 感 系 統(tǒng) ： 按 照 功 能 分 為 五 大 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(chǎn) 生

3、 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 （ 1） 待 側(cè) 目 標 。 根 據(jù) 待 側(cè) 目 標 的 紅 外 輻 射 特 性 可 進 行 紅 外 系 統(tǒng) 的設(shè) 定 。 （ 2） 大 氣 衰 減 。 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 。 （ 3）

4、 光 學(xué) 接 收 器 。 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 。 （ 4） 輻 射 調(diào) 制 器 。 對 來 自 待 測 目 標 的 輻 射 調(diào) 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(diào) 制 盤和 斬 波 器 ， 它 具 有 多 種 結(jié) 構(gòu) 。（ 5） 顯 示 設(shè) 備 。 這 是 紅 外 設(shè) 備 的 終 端 設(shè) 備 。 常 用 的 顯 示 器 有 示波 器 、 顯 像 管 、 紅 外 感 光 材 料 、

5、指 示 儀 器 和 記 錄 儀 等 。 （ 6） 紅 外 探 測 器 。 這 是 紅 外 系 統(tǒng) 的 核 心 。 它 是 利 用 紅 外輻 射 與 物 質(zhì) 相 互 作 用 所 呈 現(xiàn) 出 來 的 物 理 效 應(yīng) 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(xué) 應(yīng) 。 此 類 探 測 器 可 分 為 光 子 探 測 器 和 熱 敏 感 探 測器 兩 大 類 型 。 （ 7） 探 測 器 制 冷 器 。 由 于 某 些 探 測 器 必 須 要 在 低 溫 下 工 作 ，所 以 相 應(yīng) 的 系 統(tǒng) 必 須 有 制 冷 設(shè) 備

6、 。 經(jīng) 過 制 冷 ， 設(shè) 備 可 以 縮短 響 應(yīng) 時 間 ， 提 高 探 測 靈 敏 度 。 （ 8） 信 號 處 理 系 統(tǒng) 。 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(zhuǎn) 化 成 為 所 需 要 的 格式 ， 最 后 輸 送 到 控 制 設(shè) 備 或 者 顯 示 器 中 。 紅 外 傳 感 器 已 經(jīng) 在 現(xiàn) 代 化 的 生產(chǎn) 實 踐 中 發(fā) 揮 著 它 的 巨 大 作 用 ，隨 著 探 測 設(shè) 備 和 其 他 部 分 的 技 術(shù)的 提 高 ， 紅 外 傳 感 器 能 夠 擁 有 更多 的 性

7、 能 和 更 好 的 靈 敏 度 。 紅 外探 測 器 應(yīng) 用 可 以 用 于 非 接 觸 式 的溫 度 測 量 ， 氣 體 成 分 分 析 ， 無 損探 傷 ， 熱 像 檢 測 ， 紅 外 遙 感 以 及軍 事 目 標 的 偵 察 、 搜 索 、 跟 蹤 和通 信 等 。 下 面 我 們 看 看 紅 外 傳感 器 在 生 活 ， 工 業(yè) ， 農(nóng) 業(yè) ， 軍 事 ，機 器 人 等 領(lǐng) 域 的 應(yīng) 用 。 1、 紅 外 傳 感 器 在 生 活 中 的 應(yīng) 用 紅 外 線 遙 控 鼠 標 器 ： 在 機 械 式 鼠 標 器 底 部 有 一 個 露 出 一 部 分 的塑 膠 小 球 ,當 鼠 標 器

8、 在 操 作 桌 面 上 移 動 時 ,小 球 隨 之 轉(zhuǎn) 動在 鼠 標 器 內(nèi) 部 裝 有 三 個 滾 軸 與 小 球 接 觸 ,其 中 有 兩 個 分 別 是 X軸 方 向 和 Y軸 方 向 滾軸 ,用 來 分 別 測 量 X軸 方 向 和 Y軸 方 向 的移 動 量 ,另 一 個 是 空 軸 ,僅 起 支 撐 作 用 。 拖動 鼠 標 器 時 ,由 于 小 球 帶 動 三 個 滾 軸 轉(zhuǎn) 動 ,X軸 方 向 和 Y軸 方 向 滾 軸 又 各 帶 動 一 個 轉(zhuǎn)軸 (稱 為 譯 碼 輪 )轉(zhuǎn) 動 譯 碼 輪 兩 側(cè) 分 別 裝 有紅 外 發(fā) 光 二 極 管 和 光 敏 傳 感 器 ,組 成

9、 光 電 耦合 器 。 光 敏 傳 感 器 內(nèi) 部 沿 垂 直 方 向 排 列 有 兩 個 光 敏 晶 體 管 A和 B。 由 于 譯 碼 輪 有 間 隙 ,故 當 譯 碼 輪 轉(zhuǎn) 動 時 ,紅 外 發(fā) 光 二 極 管 發(fā) 出 的 紅 外 線 時 而 照 在 光 敏 傳 感 器 上 ,時 而 被 阻 斷 ,從 而 使 光敏 傳 感 器 輸 出 脈 沖 信 號 。 光 敏 晶 體 管 A和 B被 安 放 的 位 置使 得 其 光 照 和 阻 斷 的 時 間 有 差 異 ,從 而 產(chǎn) 生 的 脈 沖 A和 脈沖 B有 一 定 的 相 位 差 ,利 用 這 種 方 法 ,就 能 測 出 鼠 標 器

10、的 拖動 方 向 。 右 圖 則 為 鼠 標 的 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) ， 里 面 含 有 紅 外 傳 感 器 。 理 紅 外 遙 控 器 ： 在 我 們 的 家 用 電 器 中 ， 很 多 都 用 到 紅 外 遙 控器 ， 比 如 我 們 電 視 遙 控 器 ， 用 紅 外 遙 控 器 控 制 控 制 智 能 冰箱 ， 洗 衣 機 ， 空 調(diào) ， 還 有 私 家 汽 車 車 門 等 等 都 能 看 到 紅 外遙 控 器 的 用 武 之 地 。液晶電視紅外遙控器 各式各樣的紅外遙控器 由 于 紅 外 線 遙 控 裝 置 具 有 體 積 小 、 功 耗 低 、 功 能 強 、 成 本 低 等 特 點

11、， 因 而 ，繼 彩 電 、 錄 像 機 之 后 ， 在 錄 音 機 、 音 響 設(shè) 備 、 空 凋 機 以 及 玩 具 等 其 它 小 型 電器 裝 置 上 也 紛 紛 采 用 紅 外 線 遙 控 。 工 業(yè) 設(shè) 備 環(huán) 形 繞 線 機 中 ， 在 高 壓 、 輻 射 、有 毒 氣 體 、 粉 塵 等 環(huán) 境 下 ， 采 用 紅 外 線 遙 控 不 僅 完 全 可 靠 而 且 能 有 效 地 隔 離電 氣 干 擾 。 通 用 紅 外 遙 控 系 統(tǒng) 由 發(fā) 射 和 接 收 兩 大 部 分 組 成 。 應(yīng) 用 編 /解 碼 專 用 集 成 電路 芯 片 來 進 行 控 制 操 作 ， 如 圖

12、1所 示 。 發(fā) 射 部 分 包 括 鍵 盤 矩 陣 、 編 碼 調(diào) 制 、LED紅 外 發(fā) 送 器 ； 接 收 部 分 包 括 光 、 電 轉(zhuǎn) 換 放 大 器 、 解 調(diào) 、 解 碼 電 路 。 2、 紅 外 傳 感 器 在 工 業(yè) 上 的 應(yīng) 用 紅 外 無 損 探 傷 儀 ： 紅 外 無 損 探 傷 儀 可 以 用 來 檢 查 部 件 內(nèi) 部缺 陷 ， 對 部 件 結(jié) 構(gòu) 無 任 何 損 傷 。 例 如 ， 檢 查 兩 塊 金 屬 板的 焊 接 質(zhì) 量 ， 利 用 紅 外 輻 射 探 傷 儀 能 十 分 方 便 地 檢 查 漏焊 或 缺 焊 ； 為 了 檢 測 金 屬 材 料 的 內(nèi) 部

13、 裂 縫 ， 也 可 利 用 紅外 探 傷 儀 。 將 紅 外 輻 射 對 金 屬 板 進 行 均 勻 照 射 ， 利 用 金 屬 對 紅 外輻 射 的 吸 收 與 縫 隙 (含 有 某 種 氣 體 或 真 空 ) 對 紅 外 輻 射 的吸 收 所 存 在 的 差 異 ， 可 以 探 測 出 金 屬 斷 裂 空 隙 。 當 紅 外輻 射 掃 描 器 連 續(xù) 發(fā) 射 一 定 波 長 的 紅 外 光 通 過 金 屬 板 時 ，在 金 屬 板 另 一 側(cè) 的 紅 外 接 收 器 也 同 時 連 續(xù) 接 收 到 經(jīng) 過 金屬 板 衰 減 的 紅 外 光 ； 如 果 金 屬 板 內(nèi) 部 無 斷 裂 ，

14、輻 射 掃 描器 在 掃 描 過 程 中 ， 紅 外 接 收 器 收 到 的 是 等 量 的 紅 外 輻 射 ； 多晶硅紅外無損探測儀如果金屬板內(nèi)部存在斷裂，紅外接收器在輻射掃描器在掃描到斷裂處時所接收到的紅外輻射值與其他地方不一致，利用圖像處形技術(shù)，就可以顯示出金屬板內(nèi)部缺陷的形狀。 下面我們再來看看一些紅外傳感所做成的工業(yè)產(chǎn)品圖片，讓我們對它有個更好的了解。紅外成像儀非接觸式紅外測溫儀 光 電 紅 外 傳 感 器 在 軍 事 上 的 應(yīng) 用 主 要 包 括 ： 瞄 準 吊 艙 ； 直 升 機 ； 無 人 機 ； 預(yù) 警 機 ； 偵 察 車 ； 艦 艇 用 新 型 偵 察 技 術(shù) 等 等 。

15、 關(guān) 于 這 方 面 的 內(nèi) 容 本 文 不 做 什 么 詳 細 的 原 理 探 討 ， 只 是 給 大 家 看 一 些 這 方 面 的 圖 片 ， 吸 引 下 大 家 的 眼 球 。 美國空軍F-16戰(zhàn)斗機，機腹下掛載的狙擊手增程型紅外瞄準吊艙 諾斯羅普-格魯門公司研制的萊特寧先進瞄準吊艙系統(tǒng) 諾斯羅普格魯曼公司的RQ-4A“全球鷹” “全球鷹”可同時攜帶光電、紅外傳感系統(tǒng)和合成孔徑雷達。光電傳感器工作在0.4到0.8微米波段，紅外傳感器在3.6到5微米波段。光電系統(tǒng)包括第三代紅外傳感器和一個柯(KODAK)數(shù)字式電耦合器(CCD) 。合成孔徑雷達具有一個X波段、600MHZ、3.5千瓦峰值

16、的活動目標指示器 最新研制先進的無人轟炸機 隨 著 時 代 和 科 技 的 發(fā) 展 ， 越 來 越 多 的 智 能 產(chǎn) 品 出 現(xiàn) 在 我 們 的 面前 。 我 們 之 所 以 稱 它 們 智 能 ， 是 因 為 他 們 擁 有 一 個 比 較 發(fā) 達 的 “ 大腦 ” 當 然 ， 這 個 大 腦 就 是 計 算 機 。 除 了 這 個 大 腦 以 為 ， 還 有 一 個 使 它 們具 有 智 能 化 的 重 要 原 因 就 是 在 它 們 的 內(nèi) 部 擁 有 各 式 各 樣 的 內(nèi) 部 信 息傳 感 器 和 外 部 信 息 傳 感 器 。 這 樣 就 使 得 它 們 擁 有 人 類 一 樣

17、的 嗅 覺 ，視 覺 ， 觸 覺 ， 聽 覺 等 等 。 右 圖 是 現(xiàn) 在 全 世 界 非 常 著 名 的 QRIO機 器 人 在 打 太 極 拳 的 圖 片 前 面 提 到 的 機 器 人 應(yīng) 該 代 表 著 機 器 人 的 最 高 端 水 平 ， 下 面 來 看 看和 我 們 有 些 接 觸 和 設(shè) 計 到 的 機 器 人 。 超級紅外遙控智能機 避障紅外傳感電子小車紅外 遙控避障小車 紅外遙控避障小車是大學(xué)生比較喜歡制作的一種電子小車，也是相對而言比較容易制作的，現(xiàn)在在大學(xué)生實驗室中很多都能見到這種小車的身影。是比較能夠鍛煉本科生的動手實踐能力的。 由 此 可 預(yù) 見 ， 未 來 傳

18、感 器 在 科 學(xué) 技 術(shù) 領(lǐng) 域 、 工 農(nóng) 業(yè) 生 產(chǎn) 以 及 日 常生 活 中 發(fā) 揮 著 越 來 越 重 要 的 作 用 。 人 類 社 會 對 傳 感 器 提 出 的 越 來 越 高的 要 求 是 傳 感 器 技 術(shù) 發(fā) 展 的 強 大 動 力 。 而 現(xiàn) 代 科 學(xué) 技 術(shù) 突 飛 猛 進 則 提供 了 堅 強 的 后 盾 。 二 十 一 世 紀 ， 人 們 一 方 面 通 過 提 高 與 改 善 傳 感 器 的 技 術(shù) 性 能 ；一 方 面 通 過 尋 找 新 原 理 、 新 材 料 、 新 工 藝 及 新 功 能 來 改 善 傳 感 器 性 能 ，制 造 出 更 多 的 傳 感 器 而 紅 外 線 傳 感 器 作 為 其 中 的 一 部 分 也 必 將 得 到更 大 的 發(fā) 展 。小結(jié)：