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红外传感器 2.1红外传感器概述 自然界任何物体,只要其温度高于绝对零度都能产生红外辐射,温度愈低的物体辐射的红外线波长愈长,根据需要有选择地接收某一定范围的波长,就可以达到测量的目的。 红外传感器是将红外辐射能转换成电能的一种光敏器件，通常称为红外探测器。常见的红外探测器有两类：热探测器和光子探测器。 热探测器是利用入射红外辐射引起敏感元件的温度变化，进而使其有关物理参数发生变化，通过测量有关物理参数的变化可确定探测器所吸收的红外辐射，主要有热电阻型、热电偶型和热释电型等几种。热探测器的主要优点是响应博得狂，可以在室温下工作，使用方便。但由于热探测器响应时间长、灵敏度低，一般只用于红外辐射变化缓慢的场合。 光子探测器是利用某些半导体材料在红外辐射的照射下，产生光子效应，使材料的电学性质发生变化，通过测量电化学性质的变化，可以确定红外辐射的强弱。按照光子探测器的光子原理，一般可分为外光电探测器和内光电探测器两种。内光电探测器又分为光电探测器、光电伏特探测器和光磁电探测器三种。光电探测器的主要优点是灵敏度高、响应速度快、响应频率高，但必须在低温下工作，而且探测器波段比较窄。 把能发射红外线和接受红外线的器件叫红外传感器。 根据红外传感器的原理不同，分为主动型和被动型的红外传感器，主动型的红外传感器包括红外传感器发射传感器和红外传感器接受传感器。它们配套使用可组成一个完整的红外发送与接受遥控系统，主动型传感器也叫光探测型传感器，常用的有红外发光二极管、红外接受二极管、光敏二极管和光敏晶体管等。 下面就介绍下红外发光二极管。 2.2 红外发光二极管 红外发光二级管包括砷化镓红外发光二极管、砷铝化镓红外发光二极管等。 红外发光二级管与可见光发光二极管的发光方式相同，只是发出的为近红外光，人眼看不到而已。 红外发光二级管的外形和普通发光二极管的基本相同，用透明的树脂材料封装，中、大功率的发光二极管采用金属或陶瓷材料做底座，用玻璃或树脂透镜做窗口，其电路图符号与外形如图2-1所示。 图2-1 红外发光二级管的电路图形符号与外形图 红外发光二极管的基本特性 伏安特性 红外发光二极管的伏安特性曲线如图2-2所示。 图2-2 红外发光二极管的伏安特性曲线 和普通的二极管的伏安特性曲线相似，由图2-3可知，红外发光二极管的正向压降UF与材料及正向电流有关。砷化镓红外发光二极管的正向压降在1~2V之间；小功率管的正向压降在1~1.3V之间；中功率管的正向压降在1.6~1.8V之间；大功率管的正向压降不高于2V，电源电压的数值高于红外发光二极管的正向压降UF时，方能克服死区电压产生正向电流IF。 红外发光二极管的反向击穿电压约为5~30V，因此，在使用过程中，要求其反向电压不得超过5V，过大会造成器件损坏，在实际使用中往往要加限流电阻予以保护。 输出特性 红外发光二极管的输出特性曲线如图2-3所示，它表示红外发光二级管的输出光功率P0与正向工作电流IF之间的关系。 图2-4 发光二级管的输出特性 当工作电流IF较小时，输出功率P0与工作电流IF成线性关系。 当工作电流IF较大时，曲线产生了弯曲，红外发光二极管饱和，P0与IF就不再成线性关系了，形成了非线性工作区。 当红外发光二极管用在简单的光通信中时，它的工作状态为调幅工作状态，这时必须使红外发光二极管工作在线性区。 指向特性 红外发光二极管的指向特性是指它的发射光强度与辐射几何角度的关系，它是由封装透镜的形状，管芯与顶端的位置决定的。 本文所采用的红外传感器GP2Y0A02YK性能如下： 反射率:对反射物体的颜色有较小影响。 传感器返回的模拟电压值与测量的距离值一一对应。 探测距离的范围：20cm~150cm。 不需要外部控制电路。价格低。 2.3 红外反射技术 (1)红外反射式光电传感器特性与工作原理 反射式光电传感器的光源有多种， 常用的有红外发光二极管， 普通发光二极管， 以及激光二极管，前两种光源容易受到外界光源的干扰， 而激光二极管发出的光的频率较集中，传感器只接收很窄的频率范围信号， 不容易被干扰但价格较贵。理论上光电传感器只要位于被测区域反射表面可受到光源照射同时又能被接收管接收到的范围就能进行检测，然而这是一种理想的结果。因为光的反射受到多种因素的影响， 如反射表面的形状、颜色、光洁度，日光、 日光灯照射等不确定因素。如果直接用发射和接收管进行测量将因为干扰产生错误信号， 采用对反射光强进行测量的方法可以提高系统的可靠性和准确性。红外反射光强法的测量原理是将发射信号经调制后送红外管发射，光敏管接收调制的红外信号，原理如图 1 所示。 图1 红外发射接收原理 反射光强度的输出信号电压 V o u t