我们知道任何物体都会发出电磁辐射, 这种电磁辐射能被红外温度传感器测 量.当物体温度变化时,其辐射出的电磁波的波长也会随之变化,红外传感器能 将这种波长的变化转换成温度的变化,从而实现监控,测温的目的.

　　红外线传感器包括光学系统,检测元件和转换电路.光学系统按结构不同可 分为透射式和反射式两类. 检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测 元件.热敏元件应用最多的是热敏电阻.热敏电阻受到红外线辐射时温度升高, 电阻发生变化, 通过转换电路变成电信号输出. 光电检测元件常用的是光敏元件, 通常由硫化铅,硒化铅,砷化铟,砷化锑,碲镉汞三元合金,锗及硅掺杂等材料 制成.

　　同样,红外传感器的工作原理不复杂,一个典型的传感器系统各部分的实体 分别是:

　　1,待测目标.根据待测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 1 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 用所呈现出来的电学效应. 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,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.

　　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,夜视技术

　　照相机中利用红外线传感器实现夜视功能.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. 这项技术不论是在军用上还是民用上都已经 有了广泛的应用.

　　2,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.

　　3,红外无损探伤

　　红外无损探伤仪可以用来检查部件内部缺陷, 对部件结构无任何损伤. 例如, 检查两块金属板的焊接质量,利用红外辐射探伤仪能十分方便地检查漏焊或缺 焊;为了检测金属材料的内部裂缝,也可利用红外探伤仪.

　　将红外辐射对金属板进行均匀照射,利用金属对红外辐射的吸收与缝隙(含 有某种气体或真空) 对红外辐射的吸收所存在的差异,可以探测出金属断裂空 隙.当红外辐射扫描器连续发射一定波长的红外光通过金属板时,在金属板另一 侧的红外接收器也同时连续接收到经过金属板衰减的红外光; 如果金属板内部无 断裂,辐射扫描器在扫描过程中,红外接收器收到的是等量的红外辐射;如果金 属板内部存在断裂, 红外接收器在辐射扫描器在扫描到断裂处时所接收到的红外 辐射值与其他地方不一致,利用图像处形技术,就可以显示出金属板内部缺陷的 形状.

　　4,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 4.33 μm 吸收带不受大气中其他成分影响,因此可以利用这个吸收带来判别大气中 CO2 的含量.

　　二氧化碳红外气体分析仪由气体(含 CO2 )的样品室,参比室(无 CO2 ),斩光 调制器,反射镜系统,滤光片,红外检测器和选频放大器等组成. 测量时, 使待测气体连续流过样品室,参比室里充满不含 CO2 的气体(或 CO2 含量已知 的气体) .红外光源发射的红外光分成两束光经反射镜反射到样品室和参比室, 经反射镜系统,这两束光可以通过中心波长为 4.33μm 的红外光滤色片投射到 红外敏感元件上.由于斩光调制器的作用,敏感元件交替地接收通过样品室和参 比室的辐射. 若样品室和参比室均无 CO2 气体,只要两束辐射完全相等,那么 敏感元件所接收到的是一个通量恒定不变的辐射, 因此, 敏感元件只有直流响应, 交流选频放大器输出为零. 若进入样品室的气体中含有 CO2 气体,对 4.33μm 的辐射就有吸收,那么两束辐射的通量不等,则敏感元件所接收到的就是交变辐 射,这时选频放大器输出不为零.经过标定后,就可以从输出信号的大小来推测 CO2 的含量

　　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,红外遥感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.在将来的发展中,主要在红 外传感器的性能和灵敏度将会二较大的提高.发展趋势主要有:

　　(1)智能化.目 前的红外传感器主要结合外围设备来使用,而智能传感器内置微处理器,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,维护简单等优点,能 够单独作为一个模块独立工作.

　　(2)微型化.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.

　　(3)高灵敏度 及高性能.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.

　　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.