袁明昱 秦慧嫻 郭晨晨

【摘 要】 紅外傳感器是將紅外輻射能量轉(zhuǎn)換為電量的一種傳感器，由于任何溫度高于熱力學(xué)零度（-273.15℃）的物體都會(huì)輻射紅外線，因此紅外技術(shù)在現(xiàn)代科技、國(guó)防和工農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。本文重點(diǎn)介紹紅外傳感器的性能參數(shù)及工作原理。

【關(guān)鍵詞】 紅外傳感器 工作原理 性能參數(shù)

紅外輻射（紅外線）是一種人眼看不見(jiàn)的光線，波長(zhǎng)范圍大致在0.76～100之間。自然界一切溫度高于絕對(duì)零度的物體都在以電磁波的形式向外輻射能量，其中就包括紅外光波。同可見(jiàn)光一樣，紅外輻射能夠進(jìn)行折射、反射和散射，這樣便產(chǎn)生了紅外技術(shù)。與其他探測(cè)技術(shù)相比，紅外探測(cè)技術(shù)因其環(huán)境適應(yīng)性好，在夜間和惡劣氣象條件下的工作能力高于可見(jiàn)光，可以采用被動(dòng)式工作，隱蔽性好以及紅外系統(tǒng)體積小、質(zhì)量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，在軍事和民用領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。在軍事上，紅外技術(shù)廣泛用于搜索和預(yù)警、探測(cè)和跟蹤、夜視、武器瞄準(zhǔn)、紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈等領(lǐng)域。在民用工程領(lǐng)域，紅外技術(shù)在氣象預(yù)報(bào)、環(huán)境檢測(cè)、遙感資源調(diào)查以及電力、消防、石化等部門發(fā)揮著重要作用。

1.紅外傳感器的綜述

1.1紅外輻射基本知識(shí)

任何物體，只要它的溫度高于熱力學(xué)零度（-273.15℃）時(shí)，就會(huì)向外輻射能量，故稱為熱輻射，又稱為紅外輻射或俗稱紅外線。紅外線是一種人眼看不見(jiàn)的光線，但與其他光線一樣具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)，在真空中的傳播速度為光速。在電磁輻射波譜中，紅外線是位于可見(jiàn)光中紅外光以外的光線，波長(zhǎng)范圍大致在0.76～100μm。

1.2紅外傳感器的分類

紅外傳感器是紅外探測(cè)系統(tǒng)的核心，它的性能好壞，將直接影響系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。因此，選擇合適的、性能良好的紅外傳感器，對(duì)于紅外探測(cè)系統(tǒng)是十分重要的。按照探測(cè)機(jī)理的不同，紅外傳感器分為熱傳感器和光子傳感器兩大類。紅外光子傳感器又包括光電導(dǎo)傳感器，光生伏特傳感器，光電子發(fā)射傳感器以及光磁電傳感器，紅外熱傳感器還包括熱電偶型，熱敏電阻型以及熱釋電型。

1.3紅外傳感器的主要性能參數(shù)

1.響應(yīng)率

3.噪聲等效功率

由于探測(cè)器存在噪聲，所以不能無(wú)限小的測(cè)量小的輻射信號(hào)，當(dāng)輻射小到它在探測(cè)器上產(chǎn)生的信號(hào)完全被探測(cè)器的噪聲所淹沒(méi)時(shí)，這時(shí)探測(cè)器就無(wú)法肯定是否有輻射信號(hào)投射在探測(cè)器上，探測(cè)器探測(cè)輻射的能力就有了一個(gè)限度，通常用噪聲等效功率NEP來(lái)表征這個(gè)特征。

當(dāng)輻射在探測(cè)器上產(chǎn)生的信號(hào)電壓正好等于傳感器本身的噪聲電壓值（即信號(hào)噪聲比為1）時(shí)，所需投射到探測(cè)器上的輻射功率稱為噪聲等效功率，即

式中：Us為紅外探測(cè)器的輸出電壓；Po為入射到紅外敏感元件單位面積上的功率（W/cm2）；Ao為紅外敏感元面積（cm2）；為紅外探測(cè)器的綜合噪聲電壓（V）；為紅外探測(cè)器的電壓響應(yīng)率（V/W）。

2.紅外傳感器的原理

（1）待側(cè)目標(biāo)。根據(jù)待側(cè)目標(biāo)的紅外輻射特性可進(jìn)行紅外系統(tǒng)的設(shè)定。

（2）大氣衰減。待測(cè)目標(biāo)的紅外輻射通過(guò)地球大氣層時(shí)，由于氣體分子和各種氣體以及各種溶膠粒的散射和吸收，將使得紅外源發(fā)出的紅外輻射發(fā)生衰減。

（3）光學(xué)接收器。它接收目標(biāo)的部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器。相當(dāng)于雷達(dá)天線，常用是物鏡。

（4）輻射調(diào)制器。對(duì)來(lái)自待測(cè)目標(biāo)的輻射調(diào)制成交變的輻射光，提供目標(biāo)方位信息，并可濾除大面積的干擾信號(hào)。又稱調(diào)制盤和斬波器，它具有多種結(jié)構(gòu)。

（5）探測(cè)器制冷器。由于某些探測(cè)器必須要在低溫下工作，所以相應(yīng)的系統(tǒng)必須有制冷設(shè)備。經(jīng)過(guò)制冷，設(shè)備可以縮短響應(yīng)時(shí)間，提高探測(cè)靈敏度。

3.結(jié)語(yǔ)

根據(jù)紅外傳感器的性能和原理，我們知道紅外傳感器具有環(huán)境適應(yīng)性好，不易被干擾，紅外系統(tǒng)體積小、質(zhì)量輕以及功耗低等優(yōu)點(diǎn)。由于這些優(yōu)點(diǎn)，使得紅外傳感器在現(xiàn)代化的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮著巨大的作用，而隨著探測(cè)設(shè)備和其他部分的技術(shù)的提高，對(duì)它的要求也越來(lái)越高。相信紅外傳感器會(huì)隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，從單一元件、單一功能向集成化、多功能化方向發(fā)展，從而有多類型的紅外傳感器應(yīng)用于更加廣泛的領(lǐng)域。

【參考文獻(xiàn)】

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[2] 戴蓉，劉波峰.傳感器原理與工程應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2014.1-5.

作者簡(jiǎn)介：袁明昱（1996-）女內(nèi)蒙古烏蘭察布市人，本科在讀主要研究方向：電子信息科學(xué)與技術(shù)，作者單位：北京林業(yè)大學(xué)理學(xué)院北京市海淀區(qū)100083。