9.2.2红外线传感器的类型 能把红外辐射转换成电量变化的装置,称为红外传感器,主要有热敏型和光电型两大 类 热敏型是利用红外辐射的热效应制成的,其核心是热敏元件。由于热敏元件的响应时 间长,一般在毫秒数量级以上。另外,在加热过程中,不管什么波长的红外线,只要功率 相同,其加热效果也是相同的,假如热敏元件对各种波长的红外线都能全部吸收的话,那 么热敏探测器对各种波长基本上都具有相同的响应,所以称其为“无选择性红外传感器” 这类传感器主要有热释电红外传感器和红外线温度传感器两大类。 光电型是利用红外辐射的光电效应制成的,其核心是光电元件。因此它的响应时间一般 比热敏型短得多,最短的可达到毫微秒数量级。此外,要使物体内部的电子改变运动状态, 入射辐射的光子能量必须足够大,它的频率必须大于某一值,也就是必须高于截止频率。 由于这类传感器以光子为单元起作用,只要光子的能量足够,相同数目的光子基本上具有 相同的效果,因此常常称其为“光子探测器”。这类传感器主要有红外二极管、三极管等。 9.2.3红外线传感器的应用 在锻造厂里,工件在锻造之前需要在加热炉内加温到900~C,其误差不得超过±5~C 否则会影响锻件的质量,所以控制锻件的温度是一关键问题。以往的办法是由工人目测温 度,看到差不多了,把烧红的锻件取出放锻锤之下进行锻压。而现在采用红外辐射测温计, 通过加热炉口可以直接对准工件的表面,可以测量出工件的温度,如图92.2所示
9.2.2 红外线传感器的类型 能把红外辐射转换成电量变化的装置，称为红外传感器，主要有热敏型和光电型两大 类。 热敏型是利用红外辐射的热效应制成的，其核心是热敏元件。由于热敏元件的响应时 间长，一般在毫秒数量级以上。另外，在加热过程中，不管什么波长的红外线，只要功率 相同，其加热效果也是相同的，假如热敏元件对各种波长的红外线都能全部吸收的话，那 么热敏探测器对各种波长基本上都具有相同的响应，所以称其为“无选择性红外传感器”。 这类传感器主要有热释电红外传感器和红外线温度传感器两大类。 光电型是利用红外辐射的光电效应制成的，其核心是光电元件。因此它的响应时间一般 比热敏型短得多，最短的可达到毫微秒数量级。此外，要使物体内部的电子改变运动状态， 入射辐射的光子能量必须足够大，它的频率必须大于某一值，也就是必须高于截止频率。 由于这类传感器以光子为单元起作用，只要光子的能量足够，相同数目的光子基本上具有 相同的效果，因此常常称其为“光子探测器”。这类传感器主要有红外二极管、三极管等。 9.2.3 红外线传感器的应用 在锻造厂里，工件在锻造之前需要在加热炉内加温到900~C，其误差不得超过±5~C， 否则会影响锻件的质量，所以控制锻件的温度是一关键问题。以往的办法是由工人目测温 度，看到差不多了，把烧红的锻件取出放锻锤之下进行锻压。而现在采用红外辐射测温计， 通过加热炉口可以直接对准工件的表面，可以测量出工件的温度，如图9.2.2所示
当锻件加热到900C时,红外探测器便输 出电信号,启动电动机将锻件从加热炉中 由传送带送到锻锤之下进行锻压加工。这 样利用红外探测器就可以对整个工作过程 红外辐射 实现生产自动化。 市售的HBWB型红外测温仪是非接 触式数字显示仪表,它利用被测物的热辐 自动传送 加热妒 900°C 锻件装置 射来确定物体温度,测温范围600℃C以上。 测量距离是根据被测物目标大小来确定的, 电动机 被测物目标越大,测量距离越远。测量误 传送带 差小于量程上限的1%。 HBW-B型测温仪由传感器(探头)和仪器箱两部分组成,中间由五芯屏蔽电缆线连接。 红外感温器(探头)是一个典型的红外测温传感器,它的探测元件是硅光电池,工作波段为 65~1.1μm,感温器之间具有互换性。 仪器箱(电子信号处理器)具有十分完备的功能,除了辐射系数修正、线性化处理两种必备 的功能外,它尚有平均值、峰值、轧钢测温、超量程报警等八种功能可供用户选择采用。 HBWB型仪表广泛用于冶金、机械等各种场合和陶瓷、玻璃等各种材料。对响应速度 快、运动物体、高温、高压等不能应用接触式(如热电偶)测温仪表的场合尤其有效 9.2.3.2热释电人体红外线传感器 热释电人体红外线传感器是上世纪80年代末期出现的一种新型传感器件,现在已得到 越来越广泛的应用,从原理上分析,它主要有主动式和被动式两类
当锻件加热到900~C时，红外探测器便输 出电信号，启动电动机将锻件从加热炉中 由传送带送到锻锤之下进行锻压加工。这 样利用红外探测器就可以对整个工作过程 实现生产自动化。 市售的HBW-B型红外测温仪是非接 触式数字显示仪表，它利用被测物的热辐 射来确定物体温度，测温范围600℃以上。 测量距离是根据被测物目标大小来确定的， 被测物目标越大，测量距离越远。测量误 差小于量程上限的1%。 HBW-B型测温仪由传感器（探头）和仪器箱两部分组成，中间由五芯屏蔽电缆线连接。 红外感温器(探头)是一个典型的红外测温传感器，它的探测元件是硅光电池，工作波段为 0.65～1.1μm，感温器之间具有互换性。 仪器箱(电子信号处理器)具有十分完备的功能，除了辐射系数修正、线性化处理两种必备 的功能外，它尚有平均值、峰值、轧钢测温、超量程报警等八种功能可供用户选择采用。 HBW-B型仪表广泛用于冶金、机械等各种场合和陶瓷、玻璃等各种材料。对响应速度 快、运动物体、高温、高压等不能应用接触式(如热电偶)测温仪表的场合尤其有效。 9.2.3.2 热释电人体红外线传感器 热释电人体红外线传感器是上世纪80年代末期出现的一种新型传感器件，现在已得到 越来越广泛的应用，从原理上分析，它主要有主动式和被动式两类
1)热释电人体红外线传感器的基本结构和原理 目前,市场上出现的热释电人体红外线传感器主要有上海产的SD02、PH5324,德国产的 LH1954、LH958,美国 HAMAMATSU公司产P2288,日本 NIPPON CERAMIC公司的SCA02-1、 RS02D等。虽然它们的型号不一样,但其结构、外型和电参数大致相同,大部分可以彼此 互换使用。 热释电人体红外线传感器(以下简称:传感器)由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三 大部分组成。图9.2.3为P2288、SD02、SCA02-1的外形图。图9.2.3a为它们的顶视图,其 中较大的矩形部分为滤光窗,两个虚线框矩形为敏感单元,面积约2×1mm2,间距1m。 图9.2.3b为侧视图;图9.2.3c为底视图。 I..敏感单元 其内部结构见图9.2.3a及图9.2.4。对不同的传感器来说,敏感单元的制造材料有所不 同。如,SD02的敏感单元由锆钛酸铅制成;P28:LiTa03制成。这些材料再做成很薄的 薄片,每一片薄片相对的两面各引出一根电极,在电极两端则形成一个等效的小电容, 如图9.2.4中的P1、P2。因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的,而它们形成的等效小 电容能自身产生极化,极化的结果是,在电容的两端产生极性相反的正、负电荷。但这 两个电容的极性是相反串联的。这正是传感器的独特设计之处,因而使得它具有独特的 抗干扰性。 当传感器没有检测到人体辐射出的红外线信号时,由于P1、P2自身产生极化,在电容的 两端产生极性相反、电量相等的正、负电荷,而这两个电容的极性是相反串联的,所以, 正、负电荷相互抵消,回路中无电流,传感器无输出
1）热释电人体红外线传感器的基本结构和原理 目前，市场上出现的热释电人体红外线传感器主要有上海产的SD02、PH5324，德国产的 LH1954、LH1958，美国HAMAMATSU公司产P2288，日本NIPPON CERAMIC公司的SCA02-1、 RS02D等。虽然它们的型号不一样，但其结构、外型和电参数大致相同，大部分可以彼此 互换使用。 热释电人体红外线传感器（以下简称：传感器）由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三 大部分组成。图9.2.3为P2288、SD02、SCA02-1的外形图。图9.2.3a为它们的顶视图，其 中较大的矩形部分为滤光窗，两个虚线框矩形为敏感单元，面积约2×1mm2 ，间距1mm。 图9.2.3b为侧视图；图9.2.3c为底视图。 Ⅰ..敏感单元 其内部结构见图9.2.3a及图9.2.4。对不同的传感器来说，敏感单元的制造材料有所不 同。如，SD02的敏感单元由锆钛酸铅制成；P2288由LiTaO3 制成。这些材料再做成很薄的 薄片，每一片薄片相对的两面各引出一根电极，在电极两端则形成一个等效的小电容 ， 如图9.2.4中的P1、P2。因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的，而它们形成的等效小 电容能自身产生极化，极化的结果是，在电容的两端产生极性相反的正、 负电荷。但这 两个电容的极性是相反串联的。这正是传感器的独特设计之处，因而使得它具有独特的 抗干扰性。 当传感器没有检测到人体辐射出的红外线信号时， 由于P1、P2自身产生极化，在电容的 两端产生极性相反、电量相等的正、负电荷，而这两个电容的极性是相反串联的，所以， 正、负电荷相互抵消，回路中无电流，传感器无输出
当人体静止在传感器的检测区域内时,照射到P1、P2上的红外线光能能量相等,且达到平衡, 极性相反、能量相等的光电流在回路中相互抵消。传感器仍然没有信号输出。同理,在灯光 或阳光下,因阳光移动的速度非常缓慢,P1、P2上的红外线光能能量仍然可以看作是相等的, 且在回路中相互抵消:再加上传感器的响应频率很低(一般为0.110Hz),即传感器对红外 光的波长的敏感范围很窄(一般为515um),因此,传感器对它们不敏感。 从原理上讲,任何发热体都会产生红外线,热释电人体红外线传感器对红外线的敏感程度主 要表现在传感器敏感单元的温度所发生的变化,而温度的变化导致电信号的产生。环境与自 身的温度变化由其内部结构决定了它不向外输出信号;而传感器的低频响应(一般为 0.110Hz)和对特定波长红外线(一般为515um)的响应决定了传感器只对外界的红外线的 辐射而引起传感器的温度的变化而敏感,而这种变化对人体而言就是移动。所以,传感器对 人体的移动或运动敏感,对静止或移动很缓慢的人体不敏感:它可以抗可见光和大部分红外 线的干扰。 Ⅱ.滤光窗 它是由一块薄玻璃片镀上多层滤光层薄膜而成的,如图2中的M,滤光窗能有效地滤除 7.014um波长以外的红外线。例如,SCA02-1对7.514um波长的红外线的穿透量为70%,在 6.5um处时下降为65%,而在5.0um处时陡降为0.1%;P2288的响应波长为614um,中心波长为 10um。 物体发射出的红外线辐射能,最强波长和温度的关系满足λm*T=2989(umk)(其中λm 为最大波长,T为绝对温度)。人体的正常体温为36~37.5。C,即309~310.5K,其辐射的最 强的红外线的波长为入m=2989/(309~310.5)=9.67~9.64um,中心波长为965um。因此,人体 辐射的最强的红外线的波长正好落在滤光窗的响应波长(7~14um)的中心。所以,滤光窗能 有效地让人体辐射的红外线通过,而最大限度地阻止阳光、灯光等可见光中的红外线的通过, 以免引起干扰
当人体静止在传感器的检测区域内时，照射到P1、P2上的红外线光能能量相等，且达到平衡， 极性相反、能量相等的光电流在回路中相互抵消。传感器仍然没有 信号输出。同理，在灯光 或阳光下，因阳光移动的速度非常缓慢，P1、P2上的红外线光能能量仍然可以看作是相等的， 且在回路中相互抵消；再加上传感器的响 应频率很低（一般为0.1~10Hz），即传感器对红外 光的波长的敏感范围很窄（一般为5~15um），因此，传感器对它们不敏感。 从原理上讲，任何发热体都会产生红外线，热释电人体红外线传感器对红外线的敏感程度主 要表现在传感器敏感单元的温度所发生的变化，而温度的变化导 致电信号的产生。环境与自 身的温度变化由其内部结构决定了它不向外输出信号；而传感器的低频响应（一般为 0.1~10Hz）和对特定波长红外线（一般为 5~15um）的响应决定了传感器只对外界的红外线的 辐射而引起传感器的温度的变化而敏感，而这种变化对人体而言就是移动。所以，传感器对 人体的移动或运 动敏感，对静止或移动很缓慢的人体不敏感；它可以抗可见光和大部分红外 线的干扰。 Ⅱ.滤光窗 它是由一块薄玻璃片镀上多层滤光层薄膜而成的，如图2中的M，滤光窗能有效地滤除 7.0~14um波长以外的红外线。例如，SCA02-1对 7.5~14um波长的红外线的穿透量为70%，在 6.5um处时下降为65%，而在5.0um处时陡降为0.1%；P2288的响应波长为 6~14um，中心波长为 10um。 物体发射出的红外线辐射能，最强波长和温度的关系满足λm*T=2989（um.k）（其中λm 为最大波长，T为绝对温度）。人体的正常体温为 36~37.5。C ，即309~310.5K，其辐射的最 强的红外线的波长为λm=2989/（309~310.5）=9.67~9.64um，中心波长为9.65um。因 此，人体 辐射的最强的红外线的波长正好落在滤光窗的响应波长（7~14um）的中心。所以，滤光窗能 有效地让人体辐射的红外线通过，而最大限度地阻止阳 光、灯光等可见光中的红外线的通过， 以免引起干扰