光电传感与检测技术 教学课件 江晓军 第4章　红外传感与检测技术.pdfVIP

光电传感与检测技术 第4章　红外传感与检测技术 4.1　红外检测基本原理 4.2　常用红外传感器与选型 4.3　红外光电检测与应用 4.4　热释电红外检测与应用 4.5　红外气体分析仪 4.1　红外检测基本原理 1) 测量目标　根据测量目标的红外辐射特性可进行红外系统的 设定。 2) 大气衰减　测量目标的红外辐射通过大气层时，各种大气气 体分子或空气尘埃的散射和吸收会使测量目标发出的红外辐射 发生衰减。 3) 红外光学系统　把测量目标的红外辐射聚集到红外探测器上， 红外探测器将聚集的红外辐射能转换成电学量。 4) 光学调制器　将来自测量目标的红外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。 4.1　红外检测基本原理 5) 红外探测器　红外检测系统的核心器件，利用红外辐射与物 质相互作用表现出来的物理效应探测红外辐射，大多数情况下 是利用红外辐射和物质相互作用表现出来的电学效应来探测红 外辐射的。 6) 探测器制冷器　某些红外探测器必须工作在低温条件下，这 样的检测系统必须有制冷装置，经过制冷，可以缩短检测设备 的响应时间和提高探测灵敏度。 7) 前置放大器　采用光谱和空间滤波方式抑制背景干扰，微弱 的电信号经放大和处理后，输送给控制、执行机构或显示器记 录显示。 4.1　红外检测基本原理 8) 信号处理系统　将红外探测器的信号进行放大、滤波，并从 这些信号中提取出信息，并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。 4.1　红外检测基本原理 图4-1　红外检测系统的工作原理图 4.1　红外检测基本原理 图4-2　透射式红外探测器的光学系统结构 1—光管　2—保护窗口　3—光栅　4—透镜　5—浸没透镜　6—检测元件　7—前置放大器 4.1　红外检测基本原理 图4-3　反射式红外探测器的光学系统结构 　 　 　 　 1—浸没透镜 2—检测元件 3—前置放大器 4—副反射镜 5—主反射镜 4.2　常用红外传感器与选型 (1)光子探测器 (2)热探测器 (1)光子探测器 光子探测器利用某些半导体材料在红外辐射的照射下，产生光 电效应，使材料的电学性质发生变化，通过测量电学性质的变 化，可以确定红外辐射的强弱。 利用光电效应所制成的红外探测器统称光子探测器。光子探测 器的主要特点有灵敏度高、响应速度快、响应频率高，但其一 般需在低温下工作，探测波段较窄。 (2)热探测器 热探测器利用探测元件吸收红外辐射能量而引起温升，在此基 础上借助各种物理效应把温升转变成电量的一种探测器。 热探测器光电转换的过程分为两步：第一步是热探测器吸收红 外辐射引起温升；第二步利用热探测器某些温度效应把温升转 变成电量的变化。根据热效应的不同，热探测器可分为测辐射 热计、测辐射热电偶和热电堆、热释电探测器和高莱管(气动 型) 。 ： ，属于无选择 热探测器有四个基本特性 ①响应率与波长无关 ； 性探测器 ②受热时间常数(热惯性) 的制约，响应速度比较 ； ； 慢 ③热探测器的探测率比光子探测器的峰值探测率低 ④ 可在室温下工作。 4.3　红外光电检测与应用 4.3.1　红外数字计数器的设计 4.3.2　基于虚拟仪器的红外线温度测量系统设计 4.3.3　用于小车运动标识的红外光电检测系统设计 4.3.1　红外数字计数器的设计 1.红外数字