红外传感器工作原理

红外传感器工作原理

红外分析原理
1.1工作原理
1.1.1红外分析原理
各种极性分子的气体如SO2.CO2.H2O气等，对红外光都具有吸收作用，而双原子分子气体如H2.O2.N2等则没有吸收作用。气体对红外光的吸收作用遵循郎伯-比尔定律，即：
I = I0 e— K L C
式中： I0——红外光的初始能量；
I——红外光被气体吸收后的能量；
K——与气体有关的常数；
L——光程，即红外光通过气体层的厚度；
C——被测气体的浓度。
定律表明，吸收作用的大小与气体的性质。光程及气体浓度直接有关。
不同的气体分子有不同的红外光吸收特征波长，例如在2～14.5μm范围内，SO2的吸收峰在4.0μm及7.35μm,而CO2的吸收峰在2.78μm.4.28μm.14.3μm等。气体分子对红外光有选择性地吸收和比尔定律是红外气体分析的基矗
红外检测池是关键部件之一，它一般由红外光源。切光马达和切光片。分析气室。精密滤光片。检测元件及前置放大器等组成(图1-4)。
图1－4
红外检测池中，加热到850℃左右的钨丝发射出的红外光，经切光片调制后进入分析气室，当试样燃烧生成的气体流经分析气室时吸收掉一部分红外能量，吸收程度与气体的浓度有关，精密滤光片只容许H2O吸收特征波长的光通过，这样就排除了其它气体的干扰，检测元件对纯氧气流过时和燃烧气体流过时的能量变化作出响应，再由前置放大器将其转换成电压，计算机对此信号采样和处理就可以确定物质中的全硫含量。

（1 ）待侧目标。根据待侧目标的红外辐射特性可进行红外系统的设定。    （2 ）大气衰减。待测目标的红外辐射通过地球大气层时，由于气体分子和各种气体以及各种溶胶粒的散射和吸收，将使得红外源发出的红外辐射发生衰减。    （3 ）光学接收器。它接收目标的部分红外辐射并传输给红外传感器。相当于雷达天线，常用是物镜。    （4 ）辐射调制器。对来自待测目标的辐射调制成交变的辐射光，提供目标方位信息，并可滤除大面积的干扰信号。又称调制盘和斩波器，它具有多种结构。    （5 ）红外探测器。这是红外系统的核心。它是利用红外辐射与物质相互作用所呈现出来的物理效应探测红外辐射的传感器，多数情况下是利用这种相互作用所呈现出来的电学效应。此类探测器可分为光子探测器和热敏感探测器两大类型。    （6 ）探测器制冷器。由于某些探测器必须要在低温下工作，所以相应的系统必须有制冷设备。经过制冷，设备可以缩短响应时间，提高探测灵敏度。    （7 ）信号处理系统。将探测的信号进行放大、滤波，并从这些信号中提取出信息。然后将此类信息转化成为所需要的格式，最后输送到控制设备或者显示器中。    （8 ）显示设备。这是红外设备的终端设备。常用的显示器有示波器、显象管、红外感光材料、指示仪器和记录仪等。    依照上面的流程，红外系统就可以完成相应的物理量的测量。红外系统的核心是红外探测器，按照探测的机理的不同，可以分为热探测器和光子探测器两大类。下面以热探测器为例子来分析探测器的原理。    热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。当元件接收辐射，引起非电量的物理变化时，可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。 欧姆龙公司生产的漫反射式和对射式光电传感器，这两种传感器主要用于事件检测和物体定位。图 中的红灯和绿灯表示传感器的状态。    红外传感器已经在现代化的生产实践中发挥着它的巨大作用，随着探测设备和其他部分的技术的提高，红外传感器能够拥有更多的性能和更好的灵敏度。