第11章 其他传感器.ppt

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1、第11章其他传感器11.1红外传感器11.2光纤传感器11.3超声波传感器11.4其他新型传感器简介11.1红外传感器11.1.1红外辐射红外辐射红外辐射的传播红外辐射和所有电磁波一样，是以波的形式在空间直线传播，具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质，其在真空中的传播速度为3×108m/s。大气层对不同波长的红外线存在不同的透射率，而红外线在通过大气层时，在2～2.6m、3～5m和8～14m三个波段（统称为“大气窗口”）透射率比较大，因此红外传感器一般都工作在这三个波段（大气窗口）之内。红外

2、辐射是指波长从0.76～1000m，其频率大致在4×103～3×1011Hz之间的红外光。它是一种不可见光，由于位于可见光中红色光以外，故又称为红外线。红辐射被物体吸收时，可以显著地转变为热能，故红外辐射又可称为热辐射或者热射线。11.1红外传感器11.1.2红外传感器1．热敏红外传感器利用红外辐射的热效应，热敏红外传感器中探测器的敏感元件在吸收了红外辐射能后会引起温度升高，进而使有关物理参数发生相应变化，通过测量物理参数的变化，便可确定探测器所吸收的红外辐射能，从而得出被测非电量值。常用的热敏红

3、外传感器主要有以下几种。1）热敏电阻型红外传感器是根据物体受热后电阻值发生变化而工作2）热电偶型红外传感器由热电功率差别比较大的两种金属材料构成3）热释电型红外传感器由具有极化现象的热晶体或被称为“铁电体”的材料制成11.1红外传感器11.1.2红外传感器2．光子红外传感器光子红外传感器是根据光电效应原理制成的。当红外辐射入射到某物体时，其内部的电子因接受辐射的能量而改变了运动状态，进而引起其导电特性的变化。根据材料导电特性的不同，主要分为：1）光电导型红外传感器根据内光电效应工作的，某些半导体材料

4、，当受到红外辐射照射时，使半导体的导电率增加，此现象称为内光电效应，也叫光电导现象。2）光伏特型红外传感器根据光伏特效应工作的。某些半导体材料的PN结受到红外辐射照射时，在PN结两端产生一个称为光生电势的附加电势，而此现象称为光生伏特效应。11.1红外传感器11.1.3红外传感器的常用型号红外传感器可以检测到物体发射出的红外线，利用红外线作为检测媒介，实现某些非电量的测量，比采用可见光做媒介更加实用和方便，如红外线（中、远红外线）不受周围可见光的影响，可昼夜测量；被测对象本身若会辐射红外线，测量时则

5、不必设光源等。在防盗、火灾报警、成像技术、温度测量等方面应用及为广泛。11.1红外传感器11.1.4红外传感器的应用1．红外测温仪因为物体温度愈高，辐射能量就愈大，因此若测得物体所发射的辐射能量，就能确定其温度。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。红外测温仪由光学系统、调制器、红外传感器、放大器、显示器等部分组成，其结构原理如图11-2所示。11.1红外传感器11.1.4红外传感器的应用2．红外线纸张监控器红外纸张监控器，采用红外光电检测原理，自动检测出每次通过印刷机的纸张数，

6、以避免印刷时一次通过两张及其以上的纸，造成纸张浪费，影响装订质量。红外线纸张监控器电路原理如图11-3所示。11.1红外传感器11.1.4红外传感器的应用3．红外线气体分析仪红外线气体分析仪是根据气体对红外线具有选择性吸收的特性来对气体成分进行分析的。不同气体其吸收波段（吸收带）不同。红外线气体分析仪由红外线辐射光源、气室、红外检测器及电路等部分组成，如图11-5所示。1-光源2-抛物体反射镜3-同步电动机4-切光片5-滤波气室6-参比气室7-测量室8-红外探测器9-放大器图11-5红外线气体分析仪

7、结构原理图11.1红外传感器11.1.4红外传感器的应用4．无损探伤红外无损探伤实际是利用了红外测温原理来实现的。例如有A、B两块金属板压焊在一起，为了不损坏部件又可以检查交接面焊接``是否良好，有无漏焊，就可以均匀加热A板，当A板温度升高，热量会向B板流去，B板温度也会随之升高。若焊接良好，则热量均匀分布流向B板，B板表面的温度变化也均匀一致，否则会在焊接问题点对应的B板表面出现温度异常现象。11.2光纤传感器11.2.1光纤基本知识1．光纤的结构光导纤维是一种传输信息的导光纤维，简称为光纤，主要

8、由高强度石英玻璃、常规玻璃和塑料制成。光纤的直径只有几微米至几十微米，通常由两层光学性质不同的材料组成，其结构示于图11-6。光纤的中心圆柱体叫纤芯，围绕着纤芯的圆形外层叫做包层。11.2光纤传感器11.2.1光纤基本知识2．光纤的传输原理3．光纤的分类光在空间是直线传播的，但是在光纤中，光的传输限制在光纤中，并且必须基于光的全内反射，光才能随光纤传送到比较远的距离。当光线射入一个端面并与圆柱的轴线成角时，根据斯乃尔定律，在光纤内折射成′，然后以角入射至纤芯与包