热释电红外传感器.ppt

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1、4.4.4热释电红外传感器1.红外辐射的基本定律红外辐射红外辐射俗称红外线，它是一种不可见光，由于是位于可见光中红色光以外的光线，故称红外线。它的波长范围大致在0.5μm～103μm，红外线在电磁波谱中的位置如图1所示。工程上又把红外线所占据的波段分为四部分，即近红外、中红外、远红外和极远红外。图1电磁波谱图(1)基尔霍夫定律：处于同一温度下的各种物体的辐射本领正比于它的吸收本领，即M=dM0M0，表示辐射本领，物体在单位时间内单位面积辐射的能量d－－吸收系数M0－－同一温度下黑体的辐射本领(2)斯戒藩一玻耳兹曼定律：物体温度越高，其辐射的能

2、量越多。M为某物体在绝对温度T时单位面积和单位时间内辐射的总能量，则:M=T4其中斯戒藩一玻耳兹曼常数；为比辐射率，值<1(3)维思位移定律。物体热辐射的能量包括各种波长的电磁波。物体的峰值辐射波长m与物体自身的绝对温度T成反比，即m＝0.2987/T1.基本定律红外探测器的类型红外传感器（也称为红外探测器）是利用红外辐射与物质相互作用所呈现的物理效应来探测红外辐射的。红外探测器的种类很多，按探测机理的不同，分为热探测器和光电探测器两大类。前者对整个红外波段均有响应，后者仅对长波段有响应。红外传感器一般由光学系统、红外敏感元件、测量电路

3、、信号调理电路及显示单元等组成。(1)光电红外探测器根据所产生的不同光电效应制成的敏感元件，可制成各种不同的光电探测器，光电探测器有光敏电阻型和光生伏特（红外光电池）型红外探测器两种。①光导型红外探测器。检测元件：红外光敏电阻响应的波长：红外波段，λ＝0.8μm~几百微米。②光生伏特型红外探测器检测元件：红外光电池热探测器热探测器的工作机理是：利用红外辐射的热效应，探测器的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使某些有关物理参数发生相应变化，通过测量物理参数的变化来确定探测器所吸收的红外辐射。热探测器主要有四类：热释电型热敏电阻型热电阻型气体型这里

4、主要介绍热释电型探测器（2）和红外线热敏电阻探测器（3）。热释电效应：当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的自发电极化现象称为热释电效应，电极化强度与温度有关。（2）热释电探测器自发极化电荷qsPs:自发极化强度，极化电荷密度；Ca,Ra晶体两端面等效电容和电阻。若忽略Ra,Rl,则静态条件下无法测量热释电晶体的自发极化电荷。:热释系数dT:绝对温度的变化量W:红外光的调制角频率A:入射光照射的面积（3）红外线热敏电阻探测器无红外线照射时：R=Rb,I1=I2,Uo=0受红外线照射时：R=Rb(1+ᇫ

5、T)=Rb+ᇫR,其中ᇫR＝RbᇫT，由式4－28得因此输出电压UO与辐射能量成正比。3红外探测器的应用HW-4红外测温仪，量程：0～400°C,精度1.0%，分辨率：1°C入射的红外光经调制盘调制成脉冲光，交变地照射到热敏电阻R上转变成交变的电信号，经电容c耙合到高阻变换器的选频放大器，最后解调为直流电压，由三位半数字电压板转换成数字信号，供LED显示被测温度。4．5传感器的发展趋势有专家认为，今后我国传感器方面的研究和发展方向应是微电子机械系统、汽车传感器、环保传感器、工业过程控制传感器、医疗卫生和食品业检测传感器、新型敏感材料等。1．结

6、构型传感器高稳定性、高可靠性和高精度2．集成传感器小型化方向发展。传感器本身的集成化和传感器与后续电路的集成化3．智能传感器概念：将传统的传感器和微处理器及相关电路组成一体化的结构。三种类型：具有判断能力的传感器、具有学习能力的传感器和具有创造能力的传感器。(1)具有自校准功能。(2)具有自补偿功能。(3)具有自诊断功能。(4)具有数据处理能力(5)具有双向通信功能(6)具有信息存储和记忆功能(7)具有数字信号输出功能智能传感器按结构分模块式智能传感器集成度较高、体积较大，但比较实用混合式智能传感器将微处理器和信号处理电路制作在不同的芯片上，是被广

7、泛应用的智能传感器类型将传感器。集成式智能传感器将一个或多个敏感元件与微处理器、信号处理电路集成在同一芯片上。今后，随着传感器技术的发展，还将研制出更高精度集成式智能传感器，它完全可以做到将检测、逻辑＆记忆等功能集成在一块半导体芯片上。