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非接触式温度检测 非接触式温度检测与传感器 一、红外检测概述及温度检测原理(39) 二、被测物吸收光通量的应用实例（烟雾报警器56） 三、被测物体反射光通量的应用实例(烟尘浊度监测仪61 ) 四、被测物遮挡光通量的应用实例（ 75光电传感器79) 补充： 光电式传感器 1、 利用光学原理进行精密测量的技术: 红外光学原理 红外测温仪，红外雷达，红外探测器 光导纤维原理 光纤通信 光纤传感器 被测量改变光的强度、相位、频率 …… 光电式传感器 1、 利用光学原理进行精密测量的技术: 几何光学原理 照相机; 望远镜; 显微镜 干涉光学原理 静态干涉:测量面与参考面光波干涉条纹的分布与变形?表面的微观几何形貌: 干涉显微镜 动态干涉：定点干涉条纹的移动量?微尺寸、微位移： 干涉测长仪 激光全息干涉原理 衍射光学原理 光遇障碍物时传播方向发生改变：微位移精密测量 光电式传感器 特点 频谱宽： 紫外～红外； 适应多维测量； 非接触测量,动态性能好； 高精度, 高分辨力 应用 检测, 控制领域 光电式传感器 系统构成 光源＋光路＋光电器件＋信号调理电路 测量原理 被测量?光学量?光电器件?电量 电流、电压，或电导率 物理基础——光电效应，红外技术， 激光干涉原理，激光衍射原理， 激光全息原理 2. 光电器件 作用:将光信息转换为电信号 光信息:光强度、光相位、光频率 电信号:电流、电压、电阻 分类： 热辐射探测器 光子（光电发射）探测器 2.1 热辐射探测器 热辐射探测原理 任何物质温度大于 都会辐射红外线； 红外线何以被物质吸收，使其温度升高. 光照射到温度传感器?传感器温度升高?电信号. 对被测光的波长无选择性. 分类： 测辐射热电偶(热电效应) 测辐射热敏电阻(热电效应) 热释电探测器(热释电效应) (1)测辐射热电偶 原理:基于热电效应； 结构:与普通热电偶相似,但热端加一片黑体材料； 黑体几乎全部吸收照在其上的红外辐射，并使热电偶的热端温度升高，进而将红外辐射转换成热电势. (2) 测辐射热电阻 原理:热电效应 结构:与普通热电阻相似采用NTC负温度系数缓变型热敏电阻 热敏层表面涂以发黑材料，以增强吸热效率 (3) 热释电探测器 热释电效应: 一些铁电材料,分子正负电荷中心不重合; 部分电偶极距有序排列,外表面带有一定电荷; 光辐射照到材料上后,电偶极距有序排列减弱; 材料表面电荷减少——释放电荷 从而将光辐射转换成电荷. 应用： 防火、防盗、遥感、红外测温仪…… 2.2 光子探测器 物理基础：光电效应 光具有波粒二象性：粒子说、波动说 光子具有一定的能量 布朗克常数 ， f :光的频率 原理： 光照射在物体上，光子的能量传递给电子，电子获得能量动能增加，摆脱内部粒的束缚，成为自由电子。自由电子： 逸出材料表面——外光电效应； 在物体内参与导电——内光电效应； 电导率发生变化——光电导效应； 积累电荷——光生伏特效应. 光能?电能 (1) 光电发射型 1.光电管 结构：光电阴极＋阳极＋真空玻璃罩 光电材料：银氧铯\锑铯\镁化镉 (2) 光电导型(光敏电阻、光导管) 半导体材料在光的作用下，电阻率发生变化的现象称为光导效应 结构与原理 (3) 光电结型 (光敏二级管、光敏三极管) 结构： 与普通二极管和三极管相似， 只是其PN结具有光敏特性. 原理 光敏二极管的PN结在电路中反向偏置; 无光照时,结内仅有极少数载流子,回路中只有极小的反向饱和漏电流(暗电流10-8~10-9A),二极管方向截至; 有光照时,结内激发大量的载流子,反向漏电流显著增加(亮电流,与光照成正比). 产生线上的自动计数 (4) 光生伏特型(光电池) 光生伏特效应 某些半导体材料受光照时在一定方向产生电动势 具有光生伏特效应的器件被称为光电池 材料： 硅(红外)、硒(可见光) 结构： 由N型半导体(或金属)与P型半导体组成的PN结 (4) 光生伏特型(光电池) 硅光电池(太阳能电池) N型单晶硅片+P型薄层+电极?PN结; N中电子向P中扩散， P中空穴向N中扩散; 无光照时，载流子扩散形成阻挡层，阻止P中空穴的进一步扩散，动平衡； 一、红外检测概述及温度检测原理 红外检测的优点及应用领域 优点： 可不分昼夜进行测量，无需光源。 应用范围： 工业中的自动化仓库、生产线或传送带上对所传送物体的探测等。 2、红外传感器的分类与特点 热电型：一般用于温度的测量及自动控制。 量子型：遥测、遥感、成像、测温。 1.红外线辐射温度计 红外辐射温度计既可用于高温测量，又