红外传感器分类工作原理及发展应用前景

一、红外传感器概述

将红外辐射能转换成电能的光敏元件称为红外传感器，也常称为红外探测器。红外传感器是利用物体产生红外辐射的特性，实现自动检测的传感器。在物理学中，我们已经知道可见光、不可见光、红外光及无线电等都是电磁波，其中红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。红外传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。

红外技术是在最近几十年中发展起来的一门新兴技术。它常用于无接触温度测量、气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。

(一)红外辐射的产生

红外辐射是由于物体(固体、液体和气体)内部分子的转动及振动而产生的。这类振动过程是物体受热而引起的，只有在绝对零度(-273.16℃)时，一切物体的分子才会停止运动。所以在绝对零度时，没有一种物体会发射红外线。换言之，在一般的常温下，所有的物体都是红外辐射的发射源。例如火焰、轴承、汽车、飞机、动植物甚至人体等都是红外辐射源。红外线和所有的电磁波一样，具有反射、折射、散射、干涉及吸收等性质，但它的特点是热效应非常大，红外线在真空中传播的速度3×108m／s，而在介质中传播时，由于介质的吸收和散射作用使它产生衰减。红外线的衰减遵循如下规律0*e^()。式中，I为通过厚度为x的介质后的通量；I0为射到介质时的通量；e为自然对数的底；K为与介质性质有关的常数。

金属对红外辐射衰减非常大，一般金属材料基本上不能透过红外线；大多数的半导体材料及一些塑料能透过红外线；液体对红外线的吸收较大，例如厚l()的水对红外线的透明度很小，当厚度达到时，水对红外线几乎完全不透明了；气体对红外辐射也有不同程度的吸收，例如大气(含水蒸汽、二氧化碳、臭氧、甲烷等)就存在不同程度的吸收，它对波长为1～5μm，8～14μm之间的红外线是比较透明的，对其他波长的透明度就差了。而介质的不均匀，晶体材料的不纯洁，有杂质或悬浮小颗粒等，都会引起对红外辐射的散射。

我们已经知道可见光、不可见光、红外光及无线电等都是电磁波，它们之间的

差别只是波长(或频率)的不同而已。下面是将各种不同的电磁波按照波长(或频率)排成如图1所示的波谱图，称之为电磁波谱。

图1 电磁波谱图

从图中可以看出，红外线属于不可见光波的范畴，它的波长一般在0.76—600μm之间(称为红外区)。而红外区通常又可分为近红外(0.73～1.5μm)、中红外(1.5一l0μm)和远红外(10μm以上)，在300μm以上的区域又称为“亚毫米波”。这里所说的远近是指红外辐射在电磁波谱中与可见光的距离而言。

(二)红外辐射的性质

1、辐射出射度

简称辐出度，从辐射源表面单位面积发射出的辐射通量，其中单位波长间隔内的辐射出射度称光谱辐出度；某一特定波长的辐射出射度称为单色辐射出射度。单色辐射出射度多用在科学理论研究中，单一频率的波由于能量很少，实际测量和应用过程中很难探测到，所以如辐射测温仪等都是测定一定范围波长内的辐射出射度。

辐射出射度：单位时间内离开辐射源表面一点处的面单元上的辐射能量除以该单元面积，称为该点的辐射出射度，即辐射出射度的单位为瓦/米2(㎡)。

如果一个光源表面上的一个发光面积A在各个方向（在半个空间内）的辐射通量为Фe，则该发光面对辐射出射度为= Фe / A 。

物体的辐射出射度可由斯忒藩-波尔兹曼定律得到。积分量为物体的分谱辐射通量密度。ε为物体的比辐射度。此处强调“出”字。如果是指投射到物体表面的辐射，则必须用辐照度来表示。

2、辐射功率

辐射功率就是单位时间内发射(传输或接受)的辐射能。单位为[瓦](焦耳/秒)。辐射功率P的定义表示为

3、红外辐射基本规律

(1) 金属对红外辐射衰减非常大，一般金属基本不能透过红外线。

(2) 气体对红外辐射也有不同程度的吸收。

(3) 介质不均匀、晶体材料的不纯洁、有杂质或悬浮小颗粒等都会引起对红外辐射

的散射。

(4) 实践证明，温度越低的物体辐射的红外线波长越长。由此在应用中根据需要有

选择的接受某一定范围的波长，就可以达到测量的目的。

(三)红外传感器的分类

红外传感器的种类很多，按照不同的机制可以分成不同的类别：

1、按照功能分：

(1)辐射计，用于辐射和光谱测量；

(2)搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进

行跟踪；

(3)热成像系统，可产生整个目标的红外辐射的分布图像；

(4)红外测距和通信系统；

(5)混合系统，是指以各类系统中两个或多个的组合。

2、按照工作原理分：

(1)将红外线一部分变换成热，藉热取出电阻值变化和电动势等输出信号之热型；

(2)利用半导体迁徙现象吸收能量差之光电效果及利用因接合之光电动势效果的量子型。

二、红外传感器的工作原理

上一节我们说过红外传感器按照工作原理可以分成两类：热释电红外线传感器和红外光电传感器，现分别进行介绍。

(一)热释电红外线传感器

1、热释电效应

若某些强介电质物质的表面发生变化, 随着温度的上升或下降, 在这些物质表面上就会产生电荷的变化, 这种现象称为热释电效应, 是热电效应的一种。这种现象在钛酸钡之类的强介电材料上表现的特别明显。

热释电红外传感器通过目标与背景的温差来探测目标，其工作原理是利用热释电效应，即在钛酸钡一类晶体的上、下表面设置电极，在上表面覆以黑色膜，若有红外线间歇地照射，其表面温度上升△T，其晶体内部的原子排列将产生变化，引起自发极化电荷，在上下电极之间产生电压△U。常用的热释电红外线光敏元件的材料有陶瓷氧化物和压电晶体，如钛酸钡、钽酸锂、硫酸三甘肽及钛铅酸铅等。

另外, 需指出的是, 热释电效应产生的电荷不是永存的,只要它出现, 很快会被空气中的单个离子所结合。因此, 用热释电效应制成的红外传感器, 往往在它的元件前面加机械式的周期遮光装置, 以使此电荷周期地出现, 只有测移动物体时可不用。

2、热释电传感器的构造

热释电红外线传感器是利用材料自发极化随温度变化的特征来探测红外线辐射的传感器，采用双灵敏元设计，抑制环境温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。

图2为热释电红外传感器结构图.热释电红外传感器主要由外壳、滤光片、热释电元件、结型场效应管、电阻等组成。其中，场效应管起到阻抗变换的作用，而窗口处的滤光片是为滤去无用的红外线，让有用的红外线进入窗口。在防盗报警系统所采用热释电传感器的滤光片为7的滤光片，该滤光片能很好地让人体辐射的红外线通过而阻止其它射线通过，以免引起干扰。并且，在防盗报警系统所采用热释电传感器为双元型红外传感器，双元型传感器由两个有极性的敏感元件反向串联，这

样由于环境的影响而使整个晶片发生温度变化时，极性相反的敏感元件产生的热释电信号相互抵消，可以有效的防止因太阳光等红外线及环境温度变化而引起的误差。

图2 热释电红外线传感器结构和等效电路

因为探测器元件自身在使用时有探测距离短, 而且后电路不容易使用的弱点, 所以, 目前销售一种红外组合件。红外组合件由热释电传感器、扩大探测范围、增高灵敏度的透镜、电放大、信号处理系统用的后电路、防止因外界噪声引起的错误动作使用的密封管壳( 仅多功能组合件) 构成。这种构型小型化且有多种功能。3、热释电传感器的基本原理

实质上热释电传感器是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极。在环境温度有ΔT的变化时，由于有热释电效应，在两个电极上会产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱的电压ΔV。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷ΔQ会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，Δ0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，则有ΔT输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以这种传感器也称为人体运动传感器。由实验证明，传感器不加光学透镜(也称菲涅尔透镜)，其检测距离小于2m，而加上光学透镜后，其检测距离可增加到10m左右。

热释电红外传感器是一种具有极化现象的热晶体或称为“铁电体”，铁电体的极化强度(单位面积的电荷)与温度有关。当红外辐射照射到已经极化的铁电体薄片表面上时，引起薄片温度升高，使其极化强度降低，表面电荷减少，这相当于释放

一部分电荷，所以叫做热释电型传感器。如果将负载电阻与铁电体薄片相连，则负载电阻上便产生一个电信号输出，输出信号的大小取决于薄片温度变化的快慢，从而反映出入射的红外辐射的强弱。由此可见，热释电红外传感器的电压响应率正比于入射辐射变化的速率。当恒定的红外辐射照射在热释电红外传感器上时，传感器没有电信号输出，只有铁电体温度处于变化过程中，才有电信号输出。所以，必须对红外辐射进行交变辐射，不断地引起传感器的温度变化，才能导致热释电产生，并输出交变的信号。

(二)红外光电传感器

1、红外光电传感器的基本原理

红外光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路，如图3所示：

图3 红外光电传感器组成

发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管()、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。

三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。

2、红外光电传感器的分类和工作方式

⑴槽型光电传感器

把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。

⑵对射型光电传感器

若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。

⑶反光板型光电传感器

把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。

⑷扩散反射型光电传感器

它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关信号。

(5)光纤式光电传感器

光纤式光电开关把发光器发出的光用光纤引导到检测点，再把检测到的光信号用光纤引导到光接收器就组成光纤式光电开关。按动作方式的不同，光纤式光电开关也可分成对射式、反光板反射式、扩散反射式等多种类型。

红外光电传感器除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，如尺寸、位移、速度、温度等，因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。光电测量时不与被测对象直接接触,光束的质量又近似为零,在测量中不存

在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。因此在许多应用场合，红外光电传感器比其他传感器有明显的优越性。

三、红外传感器的应用及发展前景

(一)红外传感器的应用

由于红外温度传感器实现了无接触测温、远距离测量高温等功能，而且具有较高的灵敏度，因些在现在各行业中得到了广泛的应用。

1、红外气体分析仪

红外线气体分析仪是利用红外线进行气体分析，它基于待分析组分的浓度不同，吸收的辐射能不同，剩下的辐射能使得检测器里的温度升高不同，动片薄膜两边所受的压力不同，从而产生一个电容检测器的电信号。这样，就可间接测量出待分析组分的浓度，根据红外辐射在气体中的吸收带的不同，可以对气体成分进行分析。例如，二氧化碳对于波长为2.7μm，4.33μm 和14.5μm红外光吸收相当强烈，并且吸收谱相当的宽,即存在吸收带。根据实验分析，只有4.33μm吸收带不受大气中

的含量。从图4中可以看其他成分影响，因此可以利用这个吸收带来判别大气中

出，气体对波长为4.65 μm附近的红外线具有很强的吸收能力，2气体则发生在2.78 μm和4.26 μm附近以及波长大于13 μm的范围对红外线有较强的吸收能力。如分析气体，则可以利用4.26 μm附近的吸收波段进行分析。

图4 不同气体对红外线的透射光谱

如图5所示，光源由镍铬丝通电加热发出3～10 μm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。

图5 红外线气体分析以结构原理图

测量时（如分析气体的含量），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气体，该气体对4.65 μm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C。如被测气体的浓度愈大，两束光强的差值也愈大，则电容的变化量也愈大，因此电容变化量反映了被分析气体中被测气体的浓度。

为了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，如气体和2在4～5 μm波段内红外吸收光谱有部分重叠，则2的存在对分析气体带来影响，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2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）的浓度有关。

2、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了，可用红外探测器检测其温度。如图6为非接触激光红外测温仪的原理框图。

图6 非接触激光红外测温仪的原理框图

红外测温仪一般用于探测目标的红外辐射和测定其辐射强度，确定目标的温度。采用分理出所需波段的滤光片，可使仪器工作在任意红外波段。常见的红外测温仪的组成如图7所示。它的光学系统是一个固定焦距的透射系统，物镜一般为锗透镜，有效通光口径即作为系统的孔径光栏。滤光片一般采用只允许8~14μm的红外辐射能通过的材料。红外探测器一般为（钽酸锂）热释电探测器，安装时保证其光敏面落在透镜的焦点上。步进电机带动调制盘转动对入射的红外辐射进行斩光，将恒定或缓变的红外辐射变换为交变辐射。被测目标的红外辐射通过透镜聚焦在红外探测器上，变换为电信号输出，经过前置放大器进行阻抗转换及信号放大，最后送入信号处理器进行处理。除了采用这种透射式结构外，还可以采用反射式的光学系统。透射式光学系统的透镜式用红外光学材料制造的，根据红外波长选择光学材料。3、红外探测器

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。

4、红外成像

许多场合下，不仅需要知道物体表面的平均温度，还需要了解物体的温度分布情况，以便分析、研究物体结构，探测物体内部情况，因此需要采用红外成像技术，将物体的温度分布以图像形式直观的表示出来。常用的红外成像器件有红外变像管、红外摄像管及红外电荷耦合器件，可以组成各种形式的红外摄像仪，图2所示是一种热成像的工作原理。

热成像的光学系统为全折射式。物镜材料为单晶硅，通过更换物镜可对不同距离和大小的物体扫描成像。光学系统中垂直扫描和水平扫描均采用具有高折射串的多面平行棱镜，扫描棱镜由电动机带动旋转，扫描速度和相位由扫描触发器、脉冲发生器和有关控制电路控制。

前置放大器的红外探测器输出的微弱信号送入前置放大器，以抵消目标温度随环境温度变化引起的测量值的误差。前置放大器的增益可通过调整反馈电路进行控制。前置放大器的输出信号，经视频放大器放大，再去控制显像管屏上射线的强弱。由于红外探测器输出的信号大小与其所接收的辐照度成比例，因而显像荧屏上射线的强弱也随探测器所接受的辐照度成比例变化。

(二)红外传感器的发展前景

近年来，红外传感器正向着微型化、高精度、高可靠性、低功耗、智能化、数字化发展。这不仅促进了传统产业的改造，而且可导致建立新型工业，是21世纪新的经济增长点。红外探测器应用可以用于非接触式的温度测量，气体成分分析，无损探伤，热像检测，红外遥测以及军事目标的侦察，搜索，跟踪和通信等。红外传感器的应用前景随着现代科学技术的发展，将会更加广阔，其发展趋势如下：

1、向高可靠性发展：红外传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰等性能，研制高可靠性的红外传感器将是永久性的方向。在医学上，人体体温测试方面，红外传感器因测量的快速性而得到了相当的应用，但局限于其准确度不高而没办法取代现有的体温测量方法。因此，红外传感器高灵敏度及高性是其未来发展的必然趋势。

2、向微功耗及无源化发展：红外传感器一般都是非电量向电量的转化，工作时离不开电源，在野外现场或远离电网的地方，往往是用电池供电或用太阳能等供电，开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展方向，这样既可以节省能源又可以提高系统寿命。目前，低功耗损的芯片发展很快，如T12702运算放大器，静态功耗只有1.5μA，而工作电压只需2～5V。

3、向智能化、数字化发展：随着现代化的发展，红外传感器的功能已突破传统的功能，其输出不再是一个单一的模拟信号（如0～10），而是经过微电脑处理好后的数字信号，有的甚至带有控制功能，这就是所说的数字传感器。目前的红外传感器主要结合外围设备来使用，而内置微处理器，能够实现传感器与控制单元的双向通信，具有小型化,数字通信。维护简单等各种优点，使其能够单独作为一个模块独立工作。

4、向微型化发展：传感器微型化一个必然趋势。现在应用中，由于红外传感器的体积问题，导致其使用程度远不如热电隅来的好。所以红外传感器微型化便携与否对其发展前途的影响是不可忽略的。

虽然现阶段的红外传感器还有很多的不足, 但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,也将有更广阔的应用范围。根据上述要求，红外传感器会随着微电子技术的发展和传感器的应用领域的不断扩大，从单一元件、单一功能向集成化、多功能化方向发展。另外，由于双色及多色探测器具有较好的抗干扰能力，能获得精确可靠的目标信息，今后这种探测器可能会更加引起人们的关注。此外红外传感器还趋向于对原有探测器的改进、制作材料的开发、以及向红外焦平面阵列的高密度方面的发展。我们相信，红外传感器的发展前景会更加广阔，越来越多类型的红外传感器将在科学发展中大展身手。

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红外热成像技术应用与发展

红外热成像摄象机在智能视频监控中的应用与发展一、引言 1672年，牛顿使用分光棱镜把太阳光（白光）分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色单色光，证实了太阳光（白光）是由各种颜色的光复合而成。1800年，英国物理学家 F. W. 赫胥尔从热的观点来研究各种色光时，偶然发现放在光带红光外的一支温度计，比其他色光温度的指示数值高。经过反复试验，这个所谓热量最多的高温区，总是位于光带最边缘处红光的外面。于是他宣布:太阳发出的辐射中除可见光线外，还有一种人眼看不见的“热线”，这种看不见的“热线”位于红色光外侧，叫做红外线。这种红外线，又称红外辐射，是指波长为0.78～1000μm的电磁波。其中波长为0.78 ～1.5μm 的部分称为近红外，波长为1.5 ～10μm的部分称为中红外，波长为10～1000μm的部分称为远红外线。而波长为2.0 ～1000μm的部分，也称为热红外线。红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。这种红外线辐射是，基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量。分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大;反之，辐射的能量愈小。在自然界中，一切物体都会辐射红外线，因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差，可以得到不同的红外图像，称为热图像。同一目标的热图像和可见光图像不同，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是目标表面温度分布的图像。或者可以说，它是人眼不能直接看到目标的表面温度分布，而是变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。运用这一方法，便能实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温，并可进行智能分析判断。众所周知，海湾战争已成为展示高科技武器使用先进技术的平台。在这些新科技中，红外热成像技术就是其中最为闪亮的高科技技术之一。红外热成像技术(Infrared thermal imaging technology)是利用各种探测器来接收物体发出的红外辐射，再进行光电信息处理，最后以数字、信号、图像等方式显示出来，并加以利用的探知、观察和研究各种物体的一门综合性技术。它涉及光学系统设计、器件物理、材料制备、微机械加工、信号处理与显示、封装与组装等一系列专门技术。该技术除主要应用在黑夜或浓厚幕云雾中探测对方的目标，探测伪装

传感器原理及应用

温度传感器的应用及原理温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。温度是实际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依靠温度来实现，温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述，并介绍与电路系统之间的接口。热敏电阻器用来测量温度的传感器种类很多，热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC)，也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中，热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高，但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的，但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25)，该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比，通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例，25℃时阻值为10KΩ的电阻，在0℃时电阻为28.1KΩ，60℃时电阻为4.086KΩ；与此类似，25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。图1是热敏电阻的温度曲线，可以看到电阻/温度曲线是非线性的。

虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量，但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值，可以用这个曲线来估计，也可以直接计算出电阻值，计算公式如下：这里T指开氏绝对温度，A、B、C、D是常数，根据热敏电阻的特性而各有不同，这些参数由热敏电阻的制造商提供。热敏电阻一般有一个误差范围，用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同，误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换，用于不能进行现场调节的场合，例如一台仪器，用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准，这种热敏电阻比普通的精度要高很多，也要贵得多。图2是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压，一般它与ADC的参考电压一致，因此如果ADC的参考电压是5V，Vref 也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压，其阻值变化使得节点处的电压也产生变化，该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。

红外线传感器工作原理和技术参数

红外线传感器工作原理和技术参数人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为～μm；紫光的波长范围为～μm。比紫光光波长更短的光叫紫外线，比红光波长更长的光叫红外线最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件，红外传感器就是其中的一种。随着现代科学技术的发展，红外线传感器的应用已经非常广泛，下面结合几个实例，简单介绍一下红外线传感器的应用。人体热释电红外传感器和应用介绍被动式热释电红外探头的工作原理及特性：一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号。 1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。 2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲尼尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。 3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。 4)一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。 5)菲尼尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。红外线遥控鼠标器中的传感器在机械式鼠标器底部有一个露出一部分的塑胶小球,当鼠标器在操作桌面上移动时，小球随之转动，在鼠标器内部装有三个滚轴与小球接触，其中有两个分别是X轴方向和Y轴方向滚轴，用来分别测量X轴方向和Y轴方向的移动量，另一个是空轴，仅起支撑作用。拖动鼠标器时，由于小球带动三个滚轴转动，X轴方向和Y轴方向滚轴又各带动一个转轴（称为译码轮）转动。译码轮(见图1)的两侧分别装有红外发光二极管和光敏传感器，组成光电耦合器。光敏传感器内部沿垂直方向排列有两个光敏晶体管A和B，如图2所示。由于译码轮有间隙，故当译码轮转动时，红外发光二极管发出的红外线时而照在光敏传感器上，时而被阻断，从而使光敏传感器输出脉冲信号。光敏晶体管A和B被安放的位置使得其光照和阻断的时间有差异，从而产生的脉冲A和脉冲B有一定的相位差，利用这种方法，就能测出鼠标器的拖动方向照相机中的红外线传感器――夜视功能红外夜视，就是在夜视状态下，数码摄像机会发出人们肉眼看不到的红外光线去照亮被拍摄的物体，关掉红外滤光镜，不再阻挡红外线进入CCD，红外线经物体反射后进入镜头进行成像，这时我们所看到的是由红外线反射所成的影像，而不是可见光反射所成的影像，即此时可拍摄到黑暗环境下肉眼看不到的影像。索尼数码摄像机首创了红外线夜视摄影功能，能够在全黑环境下进行拍摄，甚至连肉眼也不能分辨清楚的物体，现在也可以清晰地拍摄下来。这种夜视的特点是可以在完全没有光线的条件下进行拍摄，但由于采用的是红外摄影，无法进行彩色的还原，所以拍摄出来的画面是单色的，影像会变绿。不久之后，索尼又推出了拥有超级红外线夜视摄功能的数码摄像机，红外线功能的慢速快门为2段选择，超级红外线夜摄功能的慢速快门为自动调节，可以获得更好的影像效果。举一个大家都见过的例子，在美国空袭伊拉克时，

红外技术的发展现状与发展趋势

红外技术的发展现状与发展趋势第一部分红外技术的发展及主要应用领域红外技术的发展 1800年，英国天文学家F.W.赫歇耳利用水银温度计来研究太阳光的能量分布发现了红外辐射，从那时起，人们就致力于研究各种红外探测器以便更好地研究和探测红外辐射。在红外探测器发展中，以下事件具有重要意义：上世纪70年代，热成像系统和电荷耦合器件被成功地应用。上世纪末以焦面阵列（FPA）为代表的红外器件被成功地应用。红外技术的核心是红外探测器。红外探测器单元红外探测器：如InSb（锑化铟）、HgCdTe（碲镉汞）、非本征硅，以及热电等探测器。线列：以60元、120元、180元和256元等，可以拼接到1024元甚至更多元。 4N系列扫描型焦平面阵列：如211所的研制生产的4x288。凝视型焦平面阵列(IRFPA)：致冷型256x256、320x240、384x288，更大规模的如640x512，1024×1024和1280×720 元阵列也已有了；非致冷型160×120、320x240已广泛应用于各个行业中，384x288、640x480也已开始应用。红外探测器按其特点可分为四代：第一代（1970s－80s）：主要是以单元、多元器件进行光机串/并扫描成像；第二代（1990s－2000s）：是以4x288为代表的扫描型焦平面；第三代：凝视型焦平面；第四代：目前正在发展的以大面阵、高分辨率、多波段、智能灵巧型为主要特点的系统芯片，具有高性能数字信号处理功能，甚至具备单片多波段探测与识别能力。目前非制冷焦平面探测器的主流技术为热敏电阻式微辐射热计，根据使用的热敏电阻材料的不同可以分为氧化钒探测器和非晶硅探测器两种。非制冷焦平面阵列探测器的发展，其性能可以满足部分的军事用途和几乎所有的民用领域，真正实现了小型化、低价格和高可靠性，成为红外探测成像领域中极具前途和市场潜力的发展方向。氧化钒技术由美国的Honeywell公司在九十年代初研发成功，目前其专利授权BAE、L-3/IR、 FLIR-INDIGO、DRS、以及日本NEC、以色列SCD等几家公司生产。非晶硅技术主要由法国的 CEA/LETI/LIR实验室在九十年代末研发成功，目前主要由法国的SOFRADIR和ULIS公司生产。目前世界上只有美国、法国、日本、以色列四个国家拥有非制冷焦平面探测器产业化生产的能力，其核心技术仅有美国和法国两个国家掌握，日本和以色列则由美国取得技术许可，在其国内生产和有限制地使用。对我国的出口则设置了更多严格的限制，如大家遇到的帧频限制。

传感器及其工作原理说课稿教案

传感器及其工作原理【三维目标】 1．知识与技能：（1）、了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义；（2）、知道传感器中常见的三种敏感元件光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件及其它们的工作原理。（3）、了解传感器的应用。 2．过程与方法：通过对实验的观察、思考和探究，让学生在了解传感器、熟悉传感器工作原理的同时，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的观察能力、实践能力和创新思维能力。 3．情感、态度与价值观（1）、体会传感器在生活、生产、科技领域的种种益处，激发学生的学习兴趣，拓展学生的知识视野，并加强物理与STS的联系。（2）、通过动手实验，培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和创新意识。【教学重点】：理解并掌握传感器的三种常见敏感元件的工作原理。【教学难点】：分析并设计传感器的应用电路。【教学方法】：实验、探究、讨论【教学用具】：干簧管，磁铁，光敏电阻、热敏电阻演示仪、传感器简单应用实验盒、万用表。【教学过程】一、引入新课准备知识：从上世纪八十年代起，国际上出现了“传感器热”，传感器在当今科技发展中有着十分重要的地位。本课的设计思路是通过对实验的观察、思考和探究，了解什么是传感器，传感器是如何将非电学量转换成电学量的，传感器在生产、生活中有哪些具体应用，为学生利用传感器制作简单的自控装置作一铺垫。教学时力避深奥的理论，侧重于联系实际，让学生感受传感器的巨大作用，进而提高学生的学习兴趣，培养学生热爱科学的情感和崇尚科学的精神。今天我们生活中常用的电视、空调的遥控器是如何实现远距离操纵的？楼梯上的电灯如何能人来就开，人走就熄的？工业生产中所用的自动报警器、恒温烘箱是如何工作的？“非典”病毒肆虐华夏大地时，机场、车站、港口又是如何实现快速而准确的体温检测的？所有这些，都离不开一个核心，那就是本堂课将要学习的传感器。二、新课教学 1．什么是传感器演示实验1：如图1所示，小盒子的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，当把磁铁放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移开，灯泡熄灭。

红外技术应用及发展前景

目录一、摘要 (2) 二、红外技术的起源与发展 (3) 三、红外技术的应用 (4) 1、红外热像仪 (4) 2、红外光谱仪 (4) 3、红外传感器 (5) 四、红外技术的发展前景 (5) 1．红外技术的发展及主要应用领域 (5) 2．红外技术产业的主要领域方向 (6) 五、对红外技术课堂的意见及建议 (7)

摘要红外技术的英文名称是：Infrared Technique。红外技术的内容包含四个主要部分，红外辐射的性质，红外元件、部件的研制、把各种红外元、部件构成系统的光学、电子学和精密机械、红外技术在军事上和国民经济中的应用。红外技术发展的先导是红外探测器的发展。60年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展，促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式，推动红外技术向更先进的方向发展。红外应用产品种类繁多，应用广泛。红外线自1800年被发现以来，人们对她的研究从来没有停止过，目前已经开发出了众多的应用产品，从医疗、检测、航空到军事等领域，几乎处处都能看到红外的身影。本文选择了红外热像、红外通讯、红外光谱仪、红外传感器等几个比较大的产品领域做介绍。红外技术的发展前景十分的广阔，在军用和民用领域都有着极其广阔的应用。按应用领域可分为：安防领域、消防领域、电力领域、企业制程控制领域、医疗领域、建筑领域、遥感领域等。最后，提出对这门课程的意见及建议。我认为每节课都应有具体的任务，明确的目的和要求，每节课都给学生留有思考的空间。课堂教学的形式是多样的，教学形式是实现教学目的一种手段，是为课堂教学服务的。关键字：红外辐射外探测器红外线

常用传感器的工作原理及应用

3.1.1电阻式传感器的工作原理应变：物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象弹性应变：当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变弹性元件：具有弹性应变特性的物体 3.1.3电阻应变式传感器电阻应变式传感器利用电阻应变片将应变转换为电阻值变化的传感器。工作原理：当被测物理量作用于弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生变形，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，引起应变片的电阻值变化，通过测量电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测量的大小。结构：应变式传感器由弹性元件上粘贴电阻应变片构成。应用：广泛用于力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量。 1．电阻应变效应 ○

电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。 2．电阻应变片的结构基片 b l 电阻丝式敏感栅金属电阻应变片的结构 4．电阻应变式传感器的应用（1）应变式力传感器被测物理量：荷重或力一

二主要用途：作为各种电子称与材料试验机的测力元件、发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。力传感器的弹性元件：柱式、筒式、环式、悬臂式等（2）应变式压力传感器主要用来测量流动介质的动态或静态压力应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。（3）应变式容器内液体重量传感器感压膜感受上面液体的压力。（4）应变式加速度传感器用于物体加速度的测量。依据：a =F/m 。 3.2电容式传感器 3.2.1电容式传感器的工作原理由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为当被测参数变化使得S 、d 或ε发生变化时，电容量C 也随之变化。 d S C ε=

利用红外线传感器实现接近感应应用

利用红外线传感器实现接近感应应用在消费电子产品中，接近感应作为一种探测用户身体或手部存在的方法，越来越为人们所接受。该技术也能够用于动作感应，如检测用户手势。用户手势作为一种输入，可以应用于许多设备，如手机、计算机和其他家用电子产品。要理解动作感应系统设计的理论基础，需要了解红外线(IR)与可见光的差异，探讨接近和动作感应系统如何在单一LED 下运行，以及动作感应在使用多个LED 进行多接近测量时如何工作。当我们谈及“光”时，通常指的是来自太阳或灯具的可见光，然而，可见光仅占光谱范围中的一小部分。我们把可见光定义为人眼可以识别的所有光线，通常人眼可以识别的光线波长为380-750nm。那么，人眼无法识别的非可见光（如波长为850 nm 光）又如何呢？ IR 辐射光的波长为750nm-1000μm，IR 光与可见光有着相同的特性，例如反射率，而且它可以通过特殊灯泡或发光二极管生成。因为人眼无法看到IR 光，所以我们可以用它来完成一些特殊的人机界面任务，例如接近检测，而无需用户与系统进行任何直接接触。 IR 接近传感系统能够检测附近物体的存在，并根据检测结果做出反应。IR 接近检测的应用无处不在。例如，手机可以使用接近传感技术检测通话时手机是否接近面部。当你把手机靠近耳边时，手机将检测到头的存在，从而自动关闭屏幕以节省电能。其他接近感应系统的例子包括皂液器和饮水机，你可以把手放在传感器附近（通常在皂液管或水龙头附近），以“非接触”而又卫生的方式获取皂液或水。在高端汽车上，外部防碰撞系统也使用接近检测，当汽车与其他汽车或者物体太靠近时，接近检测会提醒司机注意。有些车辆还可以使用车内接近感应系统检测乘客的存在，从而调整安全装置（如安全气囊）。接近检测通过专门设计的IR LED 实现。与IR LED 相对应的是光电二极管，它一般用来检测LED 发出的IR 光。当IR LED 和光电二极管同方向放置时，光电二极管将不会检测到任何IR 光，除非有物体在 LED 的前面，将光反射回光电二极管。反射回光电二极管的光强与物体到光电二极管的距离逆向相关。图 1：一维空间动作检测单一 LED 和光电二极管相结合可以检测一些动作，例如可以检测物体是否靠近或远离光电二极管，这仅仅是一维空间检测。假设一个系统，其布局，单一LED 系统仅使用LED1 与IR 传感器。图2 是三个手势动作过程中Silicon Labs Si1120 传感器感应IR LED 后的输出值，其中Y 轴是反射的 IR 光强，X 轴是时间。三个手势包括沿图1 X 轴从左到右的滑动，沿Y 轴从底部到顶部的滑动，以及沿Z 轴由远及近，然后由近及远的往复动作。图2 表明，单一LED 系统不能区分这些手势，使用单一 LED，系统只能检测到物体正在接近或远离传感器，而不能判别其方向。图 2：单一LED 系统性能分析二维空间检测由位于不同位置的两个LED 和单个光电二极管组成。从LED1 得到一个测量值，然后快速从LED2 获得另一个测量值，两个测量值被用于计算二维空间上的物体位置。其中一维空间是接近 LED1（左）或接近LED2（右），而另一维空间是接近或远离光电二极管。图3 是与图2 相同的三个手势，其中白线代表从LED1 中读出的数据，红线代表从LED2 读出的数据。从左到右滑动过程中，白线上升，然后是红线。当手从左到右滑动时，LED1 反射IR 光到传感器，然后是LED2。图 3：二维空间中手势性能分析三维空间动作检测由三个LED 和单个光电二极管组成。LED3 与LED1、LED2 不在同一直线上，，可以把LED1 和LED2 之间的连线看作X 轴，LED1 和LED3 之间的连线看作Y 轴，从光电二极管和LED 到被测物体之间的连线看作Z 轴。图4 显示了与图2 和图3 相同的测量过程，其中蓝线代表LED3 的测量数据。当手从左向右滑动

红外成像技术的发展及应用

红外成像技术的发展及应用热成像仪是从对红外线敏感的光敏元件上发展而来，但是光敏元件只能判断有没有红外线，无法呈现出图像。在第二次世界大战中交战各国对热成像仪的军事用途表现出了兴趣，对其进行了零星的研究和小规模应用,1943年美国就与RNO合作生产了一款代号M12的机型，其功能和外观已经能看出热成像仪的雏形，这应该算是最找的一款热成像仪，算是热成像仪的鼻祖。 1952年，一款非常重要的材料研-锑化铟被开发出来，这种新的半导体材料促进了红外线热成像仪的进一步发展。不久之后，德州仪器和RNO公司联合开发出了具有实用价值的前视红外线（Forward looking infrared）热成像仪。这一系统采用的是单原件感光，利用机械装置控制镜片转动，将光线反射到感光元件上。随着碲镉汞材料制造工艺的成熟，在军事领域大规模采用热成像仪成为了可能。60年代之后出现了由60或更多的感光元件组成的线性整列，美国的RNO公司将热成像仪的应用拓展至民用领域发展。然而由于最初采用的是非制冷感光元件，制冷部件加上机械扫描机构使得整个系统非常庞大。等到CCD技术成熟之后，焦平面阵列式热成像仪取代了机械扫描式热成像仪。至80年代半导体制冷技术取代了液氮、压缩机制冷之后开始出现了便携、手持的热成像仪。90年代之后,RNO公司又开发

出了基于非晶硅的非制冷红外焦平面阵列，进一步降低了热成像仪的生产成本。红外线，又称红外辐射，是指波长为0.78~1000微米的电磁波。其中波长为2~1000微米的部分称为热红外线。目标的热图像和目标的可见光图像不同，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是表面温度分布图像。红外热成像使人眼不能直接看到表面温度分布，变成可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。所有温度在绝对零度(-273)℃以上的物体，都会不停地发出热红外线。红外线(或热辐射)是自然界中存在最为广泛的辐射，它还具有两个重要的特性：(1)物体的热辐射能量的大小，直接和物体表面的温度相关。热辐射的这个特点使人们可以利用它来对物体进行无需接触的温度测量和热状态分析，从而为工业生产，节约能源，保护环境等方面提供了一个重要的检测手段和诊断工具。(2) 大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对3~5微米和8~14微米的热红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为热红外线的“大气窗口”。利用这两个窗口，使人们在完全无光的夜晚，或是在烟云密布的战场，清晰地观察到前方的情况。由于这个特点，热红外成像技术在军事上提供了先进的夜视装备，并为飞机、舰艇和坦克装上了全天候前视系统。这些系统在现代战争中发挥了非常重要的作用。全球红外热像仪市场发展具有广阔的前景并呈现良好的发展趋势。红外热像仪是一种用来探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、电信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像

《传感器原理及应用》课后答案

第1章传感器基础理论思考题与习题答案什么是传感器（传感器定义）解：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。传感器特性在检测系统中起到什么作用解：传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系，所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。传感器由哪几部分组成说明各部分的作用。解：传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成电信号的部分，调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分，如书中图所示。传感器的性能参数反映了传感器的什么关系静态参数有哪些各种参数代表什么意义动态参数有那些应如何选择解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。意义略（见书中）。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等，应根据被测非电量的测量要求进行选择。某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV，求其灵敏度。解：其灵敏度 3 3 30010 60 510 U k X - - ?? === ?? 某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=℃、S2=mV、S3=V，求系统的总的灵敏度。某线性位移测量仪，当被测位移由变到时，位移测量仪的输出电压由减至，求该仪器的灵敏度。

红外测距传感器的工作原理及使用

光电检测技术与应用论文题目：红外测距传感器的工作原理及使用院系：机电工程学院班级：测控xxxx 完成日期：2017/5/6 小组：第x组小组成员：xxxxxxxxxx 红外测距传感器的工作原理及使用摘要：利用光的反射性质，将光学系统与电路系统相结合可以制作避障传感器，通过单片机的控制，可以完成智能车在运行过程中，对障碍物的处理。避障传感器基本原理：利用物体的反射性质。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，并送给单片机，单片机进行一系列的处理分析，协调车轮或者舵机工作，完成躲避障碍物的动作。关键字：光电检测技术、智能车、测距、红外测距传感器、单片机一、引言光电检测作为光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术，主要包括光信息获取、光电变换、光信息测量以及测量信息的智能化处理等，具有精度高、速度快、距离远、容量大、非接触、寿命长、易于自动化和智能化等优点，在国民经济各行业中得到了迅猛的发展和广泛的应用，如光扫描、光跟踪测量，光纤测量，激光测量，红外测量，图像测量，微光、弱光测量等，是当前最主要和最具有潜力的光电信息技术。

二、光电检测技术的概念光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术。它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。然后采用电子学、信息论、计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律，以便于进行相应的电路改进，更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性，从而了解非电量的状态。微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，同时提高测系统输出信号的信噪比。光电检测技术的系统机构比较简单，分为信号的处理器，受光器，光源。在实际检测过程中，受光器在获得感知信号后，就会被反映为不同形状、颜色的信号，同时根据这些器件所处在的不同位置，就能够将他分为反射型与透过型的两种比较的模式。光电检测的媒介光应当是自然的光，例如白炽灯或者萤光灯。特别是随着这些技术的发展，光电技术也取得的非常好发展。由于投光器在发出光后，会以不一样的方式触摸这些被检测物中，直到照射到检测系统中的受光器中，同时受光器在此刺激下，会产生一定量的电流，这就是我们常说的光敏性的原件，实际生活中应用比较广泛的有三极管、二极管。三、光电检测技术的应用智能车方面的应用、家庭扫地机器人方面的应用:利用光的反射性质，将光学系统与电路系统相结合可以制作避障传感器，通过单片机的控制，可以完成智能车在运行过程中，对障碍物的处理。避障传感器基本原理：利用物体的反射性质。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，并送给单片机，单片机进行一系列的处理分析，协调车轮或者舵机工作，完成躲避障碍物的动作。四、常用光电检测器件：红外测距传感器原理：其输出为电压数值，通过公式L?=?(6762/(9-X))-4可计算出小车与障碍物之间的距离。

传感器及其工作原理教案

江苏省淮阴中学06－07年度优秀教学案例《传感器及其工作原理》的创新教学设计王刚教学依据 ①物理（新人教版）选修3－2第六章第1节《传感器及其工作原理》（P56－P60）； ②新物理课程标准（实验）. 教学流程图

教学目标1.知识与技能：①知道非电学量转换成电学量的技术意义；②通过实验，知道常见传感器的工作原理；③初步探究利用和设计简单的传感器. 2.过程与方法：①通过对实验的观察、思考和探究，让学生了解传感器、熟悉传感器工作原理；②让学生自己设计简单的传感器，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的实践能力和创新思维能力. 3.情感态度与价值观：在理解传感器工作原理的基础上，通过自己设计简单的传感器，体验科技创新的乐趣，激发学习物理的兴趣. 重、难点 1.几种常见传感器的工作原理（演示实验）；2.学生自己设计简单的传感器. 教学策略用几个有趣的传感器实验引入课题，激发学生探究传感器原理的兴趣.给出“传感器就是把非电学量转换为电学量”的概念之后，重点介绍光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻.安排音乐茶杯和火警装置两个设计性问题让学生体会传感器的简单应用.结合电容、霍尔效应、电阻定律等知识让学生设计传感器，进一步深化传感器的工作原理.最后在对本节课总结的基础上，结合《思考与讨论》进行教学反馈. 教学程序教学环节教学内容及师生互动设计情感与方法一．课题的引入二．什么是传感器？【演示实验1】干簧管控制电路的通断如图，小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移走，灯泡熄灭. 师问：盒子里有怎样的装置，才能实现这样的控制？生猜：（可以自由讨论，也可以请学生回答）师生探究：打开盒子，用实物投影仪展示盒内的电路图，了解元件“干簧管”的结构。探明原因：玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片。当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，电路导通。所以，干簧管能起到开关的作用。师点拨：这个装置反过来还可以让我们通过灯泡的发光情况，感知干簧管周围是否存在着磁场。【演示实验2】声光控开关控制电路的通断 ①先在普通光照条件下， ②在把开关置于黑暗环境中。师生总结：声光控开关师：刚才的两个实验，都用了一种元件，这些元件能够感受某些信息，通过它能实现电路的自动控制，这种元件有一个专门的名称：传感器。什么是传感器呢？它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。我们把这种元件叫做传感器。它的优点是：把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。其实，传感器并不神秘。你家里可能就有很多的传感器。请大家相互说说看，你家里，或者在你的生活当中，都（演示实验1：干簧管传感器）（干簧管的实物及原理图）学生对干簧管并不熟悉，因此才有了好奇。声光控开关在生活中很普及，所以又有亲切感

国内红外热像仪市场现状和前景

全球红外热像仪市场发展前景与趋势红外热像仪是一种用来探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、电信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的高科技产品。红外热像仪具有很高的军事应用价值和民用价值。在军事上，红外热像仪可应用于军事夜视侦查、武器瞄具、夜视导引、红外搜索和跟踪、卫星遥感等多个领域；在民用方面，红外热像仪可以用于材料缺陷的检测与评价、建筑节能评价、设备状态热诊断、生产过程监控、自动测试、减灾防灾等诸多方面。一、红外热像仪行业发展概况红外热像仪行业是一个发展前景非常广阔的新兴高科技产业，红外热像仪广泛应用于军民两个领域。在现代战争条件下，红外热像仪已在卫星、导弹、飞机等军事武器上获得了广泛的应用；同时，随着非制冷红外热成像技术的发展，尤其是随着产业化过程中生产成本的大幅度降低，红外热像仪已在电力、消防、工业、医疗、安防等国民经济的各个部门得到了非常广泛的应用。近几年来，红外热像仪行业的发展呈现出以下特点：（1）国际红外热像仪行业正迎来一个快速发展期红外热像仪行业的发展始于美国，最开始应用于军事领域，随着非制冷红外技术的发展，红外热像仪行业在民用领域得到了广泛的应用，而且正展现出更为广阔的市场需求。根据美国Maxtech International2005年发布的红外市场报告，2004年全球民用红外热像仪及系统产量约为5万台；而2006年，仅FILR公司就取得了汽车行业中的宝马公司为其新款7 系列轿车配备红外热像仪的订单，并获得了美国政府35万台的出口许可申请。随着红外热像仪在消防、电力、建筑等行业应用的推广，国际民用红外热像仪行业将迎来市场需求的快速增长期。 2006年，全球民用红外热像仪的销售额为16.3亿美元，同比增长17.35%，呈现出较快的增长态势，红外热像仪销售额的快速增长主要来源于新应用领域的不断扩大。（2）中国红外热像仪行业的发展空间巨大随着中国经济、社会的快速发展，中国红外热像仪行业具有巨大的发展空间。 ①军队现代化建设需要大量的红外热像仪在发达国家，红外热像仪已配置在陆军、空军、海军等各个军种中，海湾战争中平均每个美国士兵配备1.7具红外热像仪。与发达国家相比，目前我国军队中红外热像仪应用的相对较少，按照我国政府发布的《2006年中国的国防》白皮书，我国军队的人员数量为230万人，如果未来我军10%的部队装备红外热像仪，则我国军用红外热像仪市场容量就可达到23万套，以每套10万元（目前大部份军用红外热像仪实际售价远超过10万元）来计算，其市场远景需求量可达230亿元。 ②从长期来看，民用领域的潜在市场需求很大红外热像仪广泛应用于消防、电力、建筑、安防等民用领域，我国红外热像仪在这些行业的应用还处于起步阶段，发展空间巨大。消防领域是世界上发达国家红外热像仪最大的民用市场，由于红外成像的透烟雾及测温特性，因此，红外热像仪可应用于消防的火场救生和检测设备。据统计，目前全球有大约500万消防人员，如果每辆消防车辆配备一台热像仪，市场总量将达到200,000台。我国消

知识讲解传感器(原理及典型应用)

传感器（原理及典型应用）编稿：张金虎审稿：代洪【学习目标】 1．知道什么是传感器，常见的传感器有哪些。 2．了解一些传感器的工作原理和实际应用。 3．了解传感器的应用模式，能够运用这一模式去理解传感器的实际运用。 4．了解传感器在生活、科技中的运用和发挥的巨大作用。【要点梳理】要点一、传感器 1．现代技术中，传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。 2．传感器原理传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作。传感器原理如下图所示。 3．传感器的分类常用传感器是利用某些物理、化学或生物效应进行工作的。根据测量目的不同，可将传感器分为物理型、化学型和生物型三类。物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质（如电阻、电压、电容、磁场等）发生明显变化的特性制成的，如光电传感器、力学传感器等。化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换成为电学量的敏感元件制成的。生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器，生物或生物物质主要是指各种酶、微生物、抗体等，分别对应酶传感器、微生物传感器、免疫传感器等等。要点二、光敏电阻光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻大小这个电学量，一般随光照的增强电阻值减小。要点诠释：光敏电阻是用半导体材料制成的，硫化镉在无光时，载流子（导电电荷）极少，导电性能不好，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好。要点三、热敏电阻和金属热电阻 1．热敏电阻热敏电阻用半导体材料制成，其电阻值随温度变化明显。如图为某一热敏电阻的电阻—温度特性曲线。

近红外光谱分析的应用及前景

摘要现代近红外光谱（NIR）分析技术是近年来分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，越来越引起国内外分析专家的注目，在分析化学领域被誉为分析“巨人”，它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。近红外光谱是一种快速、无损、可实现多组分同时测定的分析技术。本文简要介绍了近红外光谱的发展、测量原理、技术特点，并对近年来近红外光谱技术在各个领域的应用及前景进行了总结。随着近红外光谱技术的不断成熟，除了应用范围将不断拓宽之外，相信对于目前较为空白的应用机理的研究也将越来越深人、细致及严谨。关键词近红外光谱分析技术原理应用发展前景 1 前言电磁波按波长递增的分为（图例）近红外光谱是指波长在780～2526nm范围内的电磁波，是人们最早发现的非可见光区域。近红外光谱技术（NIR）是近年来发展较为迅速的一种高新分析测试技术，是光谱测量技术、计算机技术、化学计量学技术与基础测量技术的有机结合。但是由于近红外光谱区吸收峰的特征性差，灵敏度低，受当时的技术水平限制，近红外光谱技术“沉睡” 了近一个半世纪。20世纪80年代,随着计算机技术、仪器硬件的迅速发展,以及化学计量学方法在解决光谱信息提取和消除背景干扰方面取得的良好效果，近红外光谱技术飞速发展，成为近十年来发展最为迅速的高新分析技术之一，在众多领域都有广泛应用，其分析应用领域也不断拓宽。越来越引起国内外分析专家的注目，在分析化学领域被誉为分析的“巨人”[1]. 今天我们主要讲近红外光谱的原理，应用，优缺点和发展前景。 2 近红外光谱分析基本原理及应用近红外光谱仪的基本工作原理: 波长在700nm – 2,500nm (4,000–14,300cm-1) 的光谱为近红外光谱。它是一种既快速(十到二十秒钟) 又简便(不需作样品前处理) 的测试手段, 这种方法的特点是对样品作一步式组份(需测的浓度大于0.01%) 分析而不需破坏样品。如果产品颜色是质量指标之一、您可选400nm-1,100nm 的图谱数据作鉴定。近红外光谱仪适用于对含有C-H, N-H, O-H 和 S-H 化学键的化合物作组份分析。在700 – 2,500 nm 的近红外波长范围内, 含有上述化合键的物质(药品、烟草、食品、农作物、聚合物、石油化工产品等) 会产生吸收。一些物质除在1,450 nm 到2,050 nm 之间产生第一谐波外，往往还会分别在1,050 nm - 1,700nm 和700 nm - 1,050 nm 谱带内产生第二及第三谐波。这些谐波的组合构成了被测物质在近红外光谱带内的特征吸收谱图-指纹图。相同的近红外谱图(样品的指纹图) 一定是从相同的物质得到。这也是应用近红外光谱仪作质量管理的主导基础原理。有机物在近红外光谱带内的吸收强度比在中红外(如FT-IR) 的吸收强度弱10 到1,000 倍。由于这特殊的弱吸收优点, 近红外射线能很容易地穿透未经研片与稀释等需作预处理的非透明样品，实现透射吸收；而另一部分反射光谱也可很容易地被检测。但是如何利用近红外图谱来对原材料或产品进行质量监控呢? 答案是利用统计学理论建立被测样品的数据库或校正曲线，而统计学