红外线传感器

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1、红外线传感器作者：刘思颖毛毅肖璐蒋周娜崔龙运导航综述工作原理分类发展趋势典型结构技术指标典型实例应用一、综述背景知识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0.62～0.76μm；紫光的波长范围为0.38～0.46μm。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。二、工作原理能将红外辐射量变化转换成电量变换

2、的装置称为红外探测器(红外传感器)，红外探测器是根据热电效应和光子效应制成的。前者为热敏探测器，后者为光子探测器。从理论上讲，热探测器对入射的各种波长的辐射能量全部吸收，它是一种对红外光波无选择的红外传感器。光子探测器常用的光子效应有外光电效应、内光电效应(光生伏特效应、光电导效应)和光电磁效应。热敏探测器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

3、通过适当的变换后测量相应的电量变化。热敏探测器种类利用温差电动势原理的热点堆红外探测器利用热释电效应的红外热电探测器利用电阻率随温度变化的热敏电阻等。红外光子探测器红外光子探测器的工作机理是利用了红外光子与探测器物质中的电子相互作用的原理。在这些过程中，由于不同波长的红外光子具有不同的光子能量，对于某一特定的物质，存在着一个特定的红外波长，如果红外光波长大于这一波长，光子与物质相互作用的程度较弱，因此无法探测，这一特定波长就叫做探测器的响应截止波长。因此，光子探测器一般都工作在特定的波段目前典型的各波段探测器近红外（0.7~1.

4、1μm）：硅光电二极管 （Si）短波红外（1~3μm）：铟镓砷（InGaAs）、硫化铅探测器(PbS)中波红外（3~5μm）：锑化铟（InSb）、碲镉汞探测器（HgCdTe）长波红外、热红外（8~14μm）：碲镉汞探测器（HgCdTe）远红外（16μm以上）：量子阱探测器(QWIP)优点与缺点优点：光子探测器的探测的基本原理属于所谓的“量子型”，器件对红外的敏感度优值（称为探测率）比较高，响应速度快，一般在微秒或纳秒的数量级。通常被用于需要高灵敏探测的仪器及快速测量的场合。缺点：光子探测器，尤其是中、长波红外探测器，通常要求工作

5、于深低温，所以一般要采用制冷机或者液氮将他们的工作温度降到零下190℃左右，这给一般应用增加了一些麻烦。比较热敏探测器对红外辐射的响应时间比光电探测器的响应时间要长得多。前者的响应时间一般在ms以上，而后者只有ns量级。热探测器不需要冷却，光子探测器多数要冷却。三、分类按原理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（如前文所述）按功能（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，可产生整个目标红外辐射的分布图象（4）红外测距和通信

6、系统（5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合传感器的技术指标量程指标：量程范围、过载能力等灵敏度指标：灵敏度、分辨力、满量程输出等精度有关指标：精度、误差、线性、滞后、重复性、灵敏度误差、稳定性动态性能指标：固有频率、阻尼比、时间常数、频率响应范围、频率特性、临界频率、临界速度、稳定时间等温度指标：工作温度范围、温度误差、温度漂移、温度系数、热滞后等抗冲振指标：容许各向抗冲振的频率、振幅及加速度、冲振所引入的误差其它环境参数：抗潮湿、抗介质腐蚀能力、抗电磁场干扰能力等工作寿命、平均无故障时间、保险期、疲劳性能、绝缘

7、电阻、耐压及抗飞弧等使用有关指标：供电方式（直流、交流、频率及波形等）、功率。各项分布参数值、电压范围与稳定度等。外形尺寸、重量、壳体材质、结构特点等安装方式、馈线电缆等反射式与透射式反射式光学系统的红外探测器一般由四面玻璃反射镜组成，其表面镀金、铝和镍铬等红外波段反射率很高的材料构成反射式光学系统。为了减小像差或使用上的方便，常另加一片次镜，使目标辐射经两次反射聚焦到敏感元件上，敏感元件与透镜组一体前置放大器接收热电转换、后的电信号，并对其进行放大。透射式红外探测器的部件用红外光学材料做成，不同的红外光波长应选用不同的光学材料

8、。例如，在测量700℃以上的高温时(多为750～3000nm范围内近红外光)，一般用光学玻璃和石英等材料作透镜材料；测量100～700℃范围的温度时(多为3～5μm的中红外光)，多用氟化镁、氧化镁等热敏材料；测量100℃以下的温度(多为5～14μm的中远红外光)