第6章 光学量传感(2)（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学）

第6章 光学量传感 ---红外传感 回顾:光的特性 光波是波长为10~106nm的电磁波。 1000,000 nm 10 nm 780 nm 380 nm 可见光 红外光 紫外光 性质：光都具有反射、折射、散射、衍射、干涉和吸收等性质。 1 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0.76～1000 μm， 红外线在电磁波谱中的位置如图所示。 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。 红外辐射特性： 1、具有反射、 折射、散射、干涉、吸收等特性 2、它在真空中也以光速传播，并具有明显的波粒二相性，当穿透能力不强。红外线在通过大气层时，有三个波段透过率高，它们是2～2.6μm、3～5 μm和8～14 μm，统称它们为“大气窗口”。这三个波段对红外探测技术特别重要，因此红外探测器一般都工作在这三个波段（大气窗口）之内。 3，一个炽热物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射出来的。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，辐射的能量就越强。 4，红外光具有光热效应，能够辐射能量 5，红外光的光热效应对不同物体各不相同，热能强度不一。有黑体（全部吸收红外辐射）、镜体（全反射）、透明体（全穿透）灰体（部分反射或者吸收）。自然界绝大多数属于灰体。 (1)希尔霍夫定律： 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M0 M0 ，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)斯忒藩一玻耳兹曼定律： 物体温度越高，其辐射的能量越多。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/T 2.红外辐射基本定律 3 红外发射器件与接收器件 红外发射器件 红外发光二极管，结构、原理及制造工艺与普通发光二极管基本相同，只是材料不同。主要有砷化镓、砷铝镓等，其中砷化镓型最多。 发光二极管封装有透镜式和平头式两种，透镜式居多，它可使发射光集中具有指向性。（由玻璃、塑料等白色或者蓝色透明材料封装），按照发光功率大小，可分为小功率（几毫瓦）、中功率（几十毫瓦）、大功率（几百毫瓦）三种。（二极管引线长的为正极） 红外发光二极管的使用及简单测试 使用注意事项 （1）正向平均电流不能太大 （2）加装散热片 （3）防水、防油污和机械损伤。 （4）安装要有发射窗口（红色或者白色），通过红外线并防尘 测试方法 （1）用万用表（RX1K档），正向电阻30K欧，反向200K欧以上（反向电阻越大，漏电流越小质量越好。 （2）光照时电压指示0.3V~0.4V,说明质量是好的。 红外光敏三极管 红外光敏二极管的光电流仅为微安级，光灵敏度不够高。红外光敏三极管的光电流可到达毫安级，具有较高灵敏度。 红外光敏三极管结构如图，它的基极一般无引线。 P N N e c c e 红外光敏三极管的主要参数及简单测试 最大功耗Pm 安全工作的最大耗散功率一般为几十至100mW。 最高工作电压UBRCE 无光照时，管子不被击穿时，集电极与发射极间的最高工作电压，一般为10V~几十V。 测试 （1）电阻测试 无光照，电阻无穷大，有光照为几百欧 （2）电路测量法 无光照，电流为暗电流（小于0.3uA),有光照，光电流在0.5~3mA. G I R DC 10V + - 红外光敏管使用注意事项 加装滤色片，滤除可见光干扰;使用聚光透镜，增加接收距离。 管脚引线不要太长 会引起干扰 光敏二极管光电流小，但线性好、响应快（简单红外光通信），光敏三极管光电流大（灵敏），但线性差、响应慢（红外遥控） 光敏三极管加偏置电流，使其稍稍脱离截止区，进入放大区，提高接收灵敏度，增加遥控距离。 4 红外探测器（传感器） 红外传感器一般由光学系统、 敏感元件、放大及信号调理电路与显示单元等组成。 红外探测器是红外传感器的核心。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。红外传感器的种类很多，按探测机理的不同，分为热敏传感器,光电传感器和热释电传感器(元件)等。