人们肉眼可以看得见的光线叫做可见光。可见光用波长表示，波长为 380～750nm的光线。可见光的波长从短到长依次排序是紫光→蓝光→绿光→黄光→橙光→红光。波长比红光更长的光，叫做红外线，或者红外光、红外。红外线是人们无法用眼睛看得见的光线。
物体辐射出的红外线如图 2.1所示，其波长随着温度的不同而不同，温度越高，辐射出的光的波长越短。根据这一点，可以使用红外
传感器进行非接触式的温度测量。
红外传感器有以下两种功能。
①利用因由入射光能量激励的电子而产生的电导率变化或者电动势的量子型红外传感器，包括光敏
二极管和光敏电阻器等。
②利用因基于黑体辐射的红外能量的吸收而产生的温度变化的加热型红外传感器，包括热释电型红外传感器和热电堆等。
其中，量子型红外传感器的灵敏度和响应速度都比较好;但是，它的灵敏度和响应速度都会受到光波波长的影响，而且有时候还需要对传感器进行冷却。加热型红外传感器与量子型红外传感器刚好相反，优点是不受波长的影响;缺点是灵敏度低、响应速度慢。
如此看来，目前还没有理想的红外传感器，因此在其各自具有优势的领域内，充分用其所长就显得十分重要。
红外传感器是一种应用特点鲜明的器件。利用热释电效应的红外传感器就是一个例子。所谓热释电效应就是由于温度的变化而产生电荷的一种现象。近年来，热释电型红外传感器在家庭自动化、保安系统以及节能领域的需求大幅度增加;相信今后会有更多的需求。在厕所里，人离开时的自动冲水系统就是红外传感器应用的一个例子。
1、可用于高精度测量的红外光敏二极管
在用于红外线的光敏二极管中，除了
红外遥控器中使用的通用型红外二极管外，还有通常在测量中使用的高速响应型红外二极管和各种各样其他类型的红外二极管。用于lμm 以上波长领域的红外光敏二极管使用的材料是高灵敏度的 InGaAs、Ge、InAs 和InSb 等
半导体材料。还有常温工作型和冷却（工作）型等各种类型。冷却型红外光敏二极管可以进行高信噪比的测量。
另外，还有多波道分光用的红外光敏二极管阵列（线性
图像传感器），其像素为128或者256。
照片 2.1是用 Si材料制作的红外光敏二极管的外观形貌，照片2.2是用Ge 材料制作的红外光敏二极管的外观形貌，照片 2.3 是线性图像传感器的外观形貌。
2、廉价易用的热释电型红外传感器
热释电型红外传感器在温度变化的时候会产生电荷，它是一种利用所谓热释电效应的传感器。由于温度不变化的时候，没有
信号产生，因此它又被称之为微分型红外传感器。
图2.2 所示的热释电型红外传感器，需要预先施加高电压进行极化后方可使用。经过如此极化后的热敏传感器表面积聚的正负电荷（这种现象叫做自发极化），就会俘获空气中的游离离子，变为图 2.3中①的状态。这时候的热敏传感器表面处于中和状态，其输出信号为零。
在红外线的照射下，热释电型红外传感器的温度如果上升了△T，那么就会如图 2.3②所示，传感器表面的极化程度也会发生与温度升高幅度 △T相对应大小的变化。热释电型红外传感器由此而产生信号电压 △V。然而，随着时间的延长，传感器表面会重新吸附空气中的离子并相互抵消，由此而达到图 2.3③所示的中和状态。
当温度下降的时候，其自发极化如图 2.3④所示，将会出现上述过程的反过程。传感器的信号于是就变成了一△V。与上面同样的道理，随着时间的延长，传感器的表面会重新吸附空气中的离子，而使输出信号再次变为零。
最近除了改进热释电型红外传感器的材料（LiTaO。、PZT、PbTiO3等）和结构之外，还为其配置了滤光片、菲涅耳透镜、多重反射镜等外围配件，使其能够实现更高信噪比的检测。照片2.4 和照片 2.5是热释电型红外传感器的外观形貌。
3、采用热释电型红外传感器的人体检测微型组件
自然界中所有物体辐射的热能都与其自身的温度成正比。物体的温度越高，其辐射热能的峰值波长就越短。由温度为 36～37℃的人体辐射出来的热能是峰值为9～10μm 的红外线，因此可以用热释电型红外传感器检测人体的有无。
为了在检测人体有无的过程中避免太阳光和照明灯光等光线的影响，而对热释电型红外传感器附加上滤光片;同时，由于人体的移动比较缓慢，因此还需要带有高效率、能够聚焦的菲涅耳透镜等配件。这些配件有时候全都组装在了微型组件的内部。
照片 2.6示出了热释电型红外传感器组件的外观形貌，照片2.7示出的是菲涅耳透镜。
4、使用热电偶的热电堆
因为热释电型红外传感器是一种微分型的温度传感器，所以不适用于静止的物体（如果带有被称之为遮光器的、能够对光线不停地进行透射/遮挡转换的部件，就可以测量静止的物体了。现在，带有这种遮光器的产品在市面上也可以买得到）。
热电堆接受物体辐射来的能量时，被光照射部位的周围形成了热电势，就可以检测出感光部位的温度。热电偶能够检测出处于静止状态的物体的温度，其热电动势和热电偶一样，也与温差成正比，而且必须进行冷端温度补偿。传感器的冷端温度补偿结构有时候被封装在传感器封装外壳内部。可以对温度进行非接触性测量是这种传感器的最大优点。
照片2.8与照片 2.9示出的是热电堆的外观形貌，照片 2.10 示出了黑体喷漆与黑色黏胶带的样子。在测量光泽金属等物体的表面时，因为这些物体辐射率低;根本就无法测量。但是，如果喷上这种黑体喷漆，就可以使光泽消失，辐射率接近于1，测量精度就会提高。
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发表于 2022-1-22 10:26
