宇宙中任何物體只要其溫度超過零，都可以產(chǎn)生紅外線輻射。事實(shí)上，就像可見光一樣，它的輻射是可以折射和反射的，這就催生了紅外技術(shù)。紅外探測器因其獨(dú)特的優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。在軍事上，紅外探測用于制導(dǎo)、火控跟蹤、警報(bào)、目標(biāo)探測、武器熱瞄準(zhǔn)、艦船導(dǎo)航等；在民用領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備監(jiān)控、安全監(jiān)控、救災(zāi)、遙感、交通管理、醫(yī)療診斷技術(shù)等。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測在人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)控制中的比重越來越大，使人們的生活越來越舒適，工業(yè)生產(chǎn)的效率越來越高。傳感器是自動(dòng)控制的重要組成部分，是信息采集系統(tǒng)的重要組成部分。

通過傳感器對感覺或反應(yīng)進(jìn)行測量并轉(zhuǎn)換成適合傳輸或檢測的信號（一般為電信號），然后利用計(jì)算機(jī)或電路設(shè)備對傳感器發(fā)出的信號進(jìn)行處理，達(dá)到自動(dòng)控制的功能。由于傳感器的響應(yīng)時(shí)間一般較短，因此可以通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。紅外傳感器是一種常見的傳感器。

因?yàn)榧t外傳感器是一種檢測紅外輻射的傳感器，自然界中任何物體只要其穩(wěn)定性高于絕對零，都會輻射紅外能量，所以紅外傳感器被稱為一種非常實(shí)用的傳感器。許多實(shí)用的傳感器模塊都可以利用紅外傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)，如紅外測溫儀、紅外成像儀、紅外人體探測報(bào)警器、自動(dòng)門控系統(tǒng)等。

紅外線傳感器是利用紅外線的物理特性進(jìn)行測量的傳感器。紅外光又稱紅外線，具有反射、折射、散射、干涉、吸收等特性，是一種不可見光，其光譜位于可見光中的紅色之外，故稱為紅外線。

在工程上，紅外線在電磁波譜中的位置（波段）分為近紅外波段、中紅外波段、遠(yuǎn)紅外波段和極遠(yuǎn)紅外波段四個(gè)波段。任何物質(zhì)都可以輻射紅外線，只要它具有一定的溫度（高于絕對零）。

首先，讓我們了解一下紅外光。紅外線是太陽光譜的一部分。紅外光最大的特點(diǎn)是光熱效應(yīng)和輻射熱。它是光譜中最大的光熱效應(yīng)區(qū)域。一種不可見光，與所有電磁波一樣，具有反射、折射、散射、干涉、吸收等特性。紅外光在真空中的傳播速度為300000公里/秒。紅外光在介質(zhì)中的傳輸會產(chǎn)生衰減，在金屬中的傳輸衰減很大，但紅外輻射可以穿過大多數(shù)半導(dǎo)體和一些塑料，而大多數(shù)液體對紅外輻射吸收非常多。

不同的氣體有不同的吸收水平，大氣對不同波長的紅外光有不同的吸收帶。結(jié)果表明，波長為1-5μm和8-14μm的紅外光具有較大的“透明度”。也就是說，這些波長的紅外光可以很好地穿透大氣。自然界中的任何物體，只要其溫度在絕對零以上，都可以產(chǎn)生紅外輻射。紅外光對不同物體的光熱效應(yīng)不同，熱能強(qiáng)度也不同。

例如，黑體（可以完全吸收投射到其表面的紅外輻射的物體）、鏡體（可以完全反射紅外輻射的物體）、透明體（可以完全穿透紅外輻射的物體）和灰體（可以部分反射或吸收紅外輻射的物體）會產(chǎn)生不同的光熱效應(yīng)。

嚴(yán)格來說，自然界不存在黑體、鏡體和透明體，大部分物體都屬于灰體。這些特點(diǎn)是紅外輻射技術(shù)在衛(wèi)星遙感、紅外跟蹤等軍事科研項(xiàng)目中應(yīng)用的重要理論基礎(chǔ)。

紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。物體的溫度越高，它輻射的紅外線越多，紅外線輻射的能量就越強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)，太陽光譜中各種單色光的熱效應(yīng)從紫光到紅光逐漸增強(qiáng)，其中熱效應(yīng)最大出現(xiàn)在紅外輻射的頻率范圍內(nèi)，因此人們稱紅外輻射為熱輻射或熱射線。

①基爾霍夫定律：在一定溫度下，地面物體單位面積的輻射通量W與吸收率之比對任何物體都是一個(gè)常數(shù)，等于同一面積黑體在那個(gè)溫度。在給定溫度下，物體的****率=吸收率（同波段）；吸收率越高，****率越高。

地物的熱輻射強(qiáng)度與溫度的四次方成正比，因此地物的微小溫差就會引起紅外輻射能量的明顯變化。這一特征構(gòu)成了紅外遙感的理論基礎(chǔ)。

②玻爾茲曼定律：即黑體的總輻射通量隨著溫度的升高而迅速增加，與溫度的四次方成正比。因此，溫度的微小變化就會引起輻射通量密度的巨大變化。它是用紅外設(shè)備測量溫度的理論基礎(chǔ)。

③維恩位移定律：隨著溫度的升高，最大輻射值對應(yīng)的峰值波長向短波方向移動(dòng)。

紅外傳感器的工作原理并不復(fù)雜。典型傳感器系統(tǒng)各部分的實(shí)體如下：

? 被測目標(biāo)：可根據(jù)被測目標(biāo)的紅外輻射特性設(shè)置紅外系統(tǒng)。

? 大氣衰減：被測目標(biāo)的紅外輻射穿過地球大氣層時(shí)，由于氣體分子、各種氣體和各種膠體粒子的散射和吸收，來自紅外源的紅外輻射會衰減。

? 光接收器：它接收目標(biāo)的部分紅外輻射并將其傳輸?shù)郊t外傳感器。相當(dāng)于雷達(dá)天線，通常是物鏡。

? 輻射調(diào)制器：可調(diào)制被測目標(biāo)變化的輻射光，提供目標(biāo)方位信息，濾除大面積干擾信號。又稱調(diào)制盤和斬波器，具有多種結(jié)構(gòu)。

? 紅外探測器：這是紅外系統(tǒng)的核心。它是一種利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用的物理效應(yīng)來探測紅外輻射的傳感器。在大多數(shù)情況下，它使用相互作用的電效應(yīng)。這些探測器可分為兩類：光子探測器和熱敏探測器。

? 探測器冷卻器：由于某些探測器必須在低溫下工作，因此相應(yīng)的系統(tǒng)必須有制冷設(shè)備。設(shè)備冷藏后可縮短響應(yīng)時(shí)間，提高檢測靈敏度。

? 信號處理系統(tǒng)：對檢測到的信號進(jìn)行放大和濾波，并從這些信號中提取信息。然后，將這類信息轉(zhuǎn)換成所需的格式，最后傳送到控制設(shè)備或顯示器。

? 顯示設(shè)備：這是紅外設(shè)備的終端設(shè)備。常用的顯示器有示波器、顯像管、紅外敏感材料、指示儀表和記錄儀等。

根據(jù)上述過程，紅外系統(tǒng)就可以完成相應(yīng)的物理量測量。紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測器。根據(jù)探測機(jī)制的不同，可分為熱探測器和光子探測器兩大類。

熱探測器吸收各種入射波長的所有輻射能。它是一種紅外傳感器，對紅外光波沒有選擇。光子探測器常見的光子效應(yīng)有外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)（光伏效應(yīng)、光電導(dǎo)效應(yīng)）和光電磁效應(yīng)。熱探測器利用輻射熱效應(yīng)使探測器接受輻射能量后溫度升高，從而使探測器的溫度相關(guān)性能發(fā)生變化。

可以通過檢測其中一項(xiàng)特性的變化來檢測輻射。在大多數(shù)情況下，輻射是通過熱電變化來檢測的。當(dāng)元件受到輻射而引起非電量物理變化時(shí)，經(jīng)適當(dāng)變換即可測得相應(yīng)的電量變化。

熱探測器對紅外輻射的響應(yīng)時(shí)間比光電探測器長得多。前者的響應(yīng)時(shí)間一般大于MS，而后者的響應(yīng)時(shí)間只有ns。熱探測器不需要冷卻，大多數(shù)光子探測器需要冷卻。

常見的紅外傳感器可分為熱傳感器和光子傳感器。

熱傳感器利用入射的紅外輻射來改變傳感器的溫度，進(jìn)而使相關(guān)的物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化。紅外傳感器吸收的紅外輻射是通過測量相關(guān)物理參數(shù)的變化來確定的。

熱探測器的主要優(yōu)點(diǎn)是帶寬較寬，可在常溫下工作，使用方便。但熱傳感器響應(yīng)時(shí)間長，靈敏度低，一般用于低頻調(diào)制。

熱傳感器的主要類型有熱傳感器型、熱電偶型、高萊氣動(dòng)型和放熱電動(dòng)型。

① 熱敏電阻傳感器

熱敏電阻由錳、鎳和鈷的氧化物制成。熱敏電阻通常制成薄片。當(dāng)紅外輻射照射熱敏電阻時(shí)，其溫度升高，電阻降低。通過測量熱敏電阻值的變化，我們可以知道入射紅外輻射的強(qiáng)度，從而可以判斷產(chǎn)生紅外輻射的物體的溫度。

② 熱電偶傳感器

熱電偶由熱功率差異很大的兩種材料制成。當(dāng)紅外輻射到達(dá)由這兩種金屬材料組成的閉合電路的觸點(diǎn)時(shí)，觸點(diǎn)溫度升高。另一個(gè)沒有被紅外線輻射的觸點(diǎn)溫度較低，此時(shí)閉合電路中會產(chǎn)生溫差電流。同時(shí)在回路中產(chǎn)生熱電勢，熱電勢的大小反映了觸點(diǎn)吸收的紅外輻射強(qiáng)度。由熱電勢制成的紅外傳感器稱為熱電偶紅外傳感器。由于其時(shí)間常數(shù)大，對應(yīng)時(shí)間長，動(dòng)態(tài)特性差，調(diào)制頻率應(yīng)限制在10Hz以下。

③ 萊氣動(dòng)傳感器

吸收紅外輻射后，氣體的溫度和體積增加，以反映紅外輻射的強(qiáng)度。它有一個(gè)氣室，通過一根小管子連接到一塊柔性板。

板背管的一側(cè)是反射器。氣室前部貼有吸收模，為低熱容薄膜。紅外輻射通過窗口入射到吸收模上，吸收模將吸收的熱能傳遞給氣體，使氣體溫度和壓力升高，從而使柔性鏡移動(dòng)。

在腔室的另一側(cè)，一束可見光通過光柵光條聚焦在柔性反射鏡上，柔性反射鏡反射的光柵圖像通過光柵光條投射到光電管上。當(dāng)柔性鏡因壓力變化而移動(dòng)時(shí)，光柵圖像與光柵光條的相對位移會改變落在光電管上的光量，光電管的輸出信號也會發(fā)生變化，反映強(qiáng)度的紅外輻射。

該傳感器具有靈敏度高、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。但響應(yīng)時(shí)間長，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，強(qiáng)度差，只適合實(shí)驗(yàn)室使用。

④ 熱釋電傳感器

熱釋電傳感器是一種具有極化現(xiàn)象的熱晶體或鐵電體。鐵電體的極化強(qiáng)度（每單位面積的電荷）與溫度有關(guān)。當(dāng)紅外輻射照射到極化鐵電片表面時(shí)，片材溫度升高，極化強(qiáng)度降低，表面電荷減少，相當(dāng)于釋放部分電荷，故稱為熱釋電傳感器。

如果負(fù)載電阻連接到鐵電片上，則在負(fù)載電阻上產(chǎn)生電信號輸出。輸出信號的大小取決于芯片溫度變化的速度，它反映了入射紅外輻射的強(qiáng)度。可見，熱釋電紅外傳感器的電壓響應(yīng)率與入射輻射的變化率成正比。當(dāng)恒定的紅外輻射照射在熱釋電傳感器上時(shí)，傳感器沒有電信號輸出。

只有當(dāng)鐵電體的溫度處于變化過程中時(shí)，才能輸出電信號。因此，需要對紅外輻射（或斬波光）進(jìn)行調(diào)制，使恒定輻射變?yōu)榻蛔冚椛?，不斷引起傳感器的溫度變化，從而產(chǎn)生熱釋電并輸出交變信號。

光子傳感器利用一些半導(dǎo)體材料在入射光的照射下產(chǎn)生光子效應(yīng)，從而改變材料的電學(xué)性質(zhì)。通過測量電性能的變化，我們可以知道紅外輻射的強(qiáng)度。利用光子效應(yīng)制成的紅外傳感器稱為光子傳感器。光子傳感器的主要特點(diǎn)是靈敏度高、響應(yīng)速度快、響應(yīng)頻率高，但一般必須在低溫下工作，檢測頻帶較窄。

根據(jù)光子傳感器的工作原理，可分為內(nèi)部光電傳感器和外部光電傳感器。后者分為光電傳感器、光電傳感器和磁電傳感器。

① 外置光電傳感器

當(dāng)光線照射到某些材料的表面時(shí)，如果入射光的光子能量足夠大，材料的電子就可以從表面逸出。這種現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)或光電子****效應(yīng)。光電二極管、光電倍增管等屬于此類電子傳感器。它的響應(yīng)速度比較快，一般只有幾納秒。然而，電子逃逸需要大量的光子能量，僅適用于近紅外輻射或可見光。

② 光電導(dǎo)傳感器

當(dāng)紅外輻射照射到某些半導(dǎo)體材料表面時(shí)，半導(dǎo)體材料中的一些電子和空穴可以從原來的非導(dǎo)電束縛態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電自由態(tài)，從而增加了半導(dǎo)體的導(dǎo)電性。這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)現(xiàn)象。由光電導(dǎo)現(xiàn)象制成的傳感器稱為光電導(dǎo)傳感器。

例如，硫化鉛、硒化鉛、銻化銦、碲化汞等材料可用于制作光電導(dǎo)傳感器。使用光電導(dǎo)傳感器時(shí)，需要冷卻并加一定的偏置電壓，否則會降低響應(yīng)速度，噪聲大，響應(yīng)帶窄，損壞紅外傳感器。

③ 光伏傳感器

當(dāng)紅外輻射照射在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)上時(shí)，自由電子在結(jié)內(nèi)電場的作用下向N區(qū)移動(dòng)。如果 PN 結(jié)開路，則 PN 結(jié)兩端會產(chǎn)生一個(gè)附加電位，稱為光生電動(dòng)勢?；谶@種效應(yīng)的傳感器或PN結(jié)傳感器通常由砷化銦、銻化銦、碲化汞、碲化鉛錫等材料制成。

④ 磁電傳感器

當(dāng)紅外線輻射到一些半導(dǎo)體材料的表面時(shí)，半導(dǎo)體材料中的一些電子和空穴會向內(nèi)部擴(kuò)散。如果擴(kuò)散受到強(qiáng)磁場的影響，電子和空穴會各自偏向一側(cè)，從而產(chǎn)生開路電壓。這種現(xiàn)象稱為光磁電效應(yīng)。利用這種效應(yīng)制成的紅外傳感器稱為磁電傳感器。

響應(yīng)帶約7μm，時(shí)間常數(shù)小，響應(yīng)速度快，無偏差，內(nèi)阻極低，噪聲小，穩(wěn)定性和可靠性好。但其靈敏度低，制作低噪聲前置放大器較困難，影響其使用。

(1) 紅外傳感器的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、紅外輻射計(jì)：用于輻射和光譜輻射測量。

2、搜索跟蹤系統(tǒng)：用于搜索跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并跟蹤其運(yùn)動(dòng)。

3、熱成像系統(tǒng)：可形成整個(gè)目標(biāo)的紅外輻射分布圖像。

4.紅外測距系統(tǒng)：測量物體之間的距離。（它利用紅外線傳播的不擴(kuò)散原理，因?yàn)榧t外線透過其他物質(zhì)時(shí)的折射率很小，所以遠(yuǎn)距離測距儀會考慮紅外線。）

5、通訊系統(tǒng)：紅外通訊作為一種無線通訊方式。

6.混合系統(tǒng)：指上述系統(tǒng)的兩個(gè)或多個(gè)組合。

紅外傳感器應(yīng)用可用于非接觸式溫度測量、氣體成分分析、無損檢測、熱圖像檢測、紅外遙感和軍事目標(biāo)偵察、搜索、跟蹤和通信。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紅外傳感器的應(yīng)用前景將更加廣闊。未來，紅外傳感器的性能和靈敏度將大大提高。

（二） 發(fā)展趨勢

1、智能化：目前紅外傳感器主要與外圍設(shè)備結(jié)合使用。智能傳感器內(nèi)置微處理器，可實(shí)現(xiàn)傳感器與控制單元的雙向通訊。具有小型化、數(shù)字通訊、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，可作為模塊獨(dú)立工作。

2、小型化：傳感器小型化的必然趨勢?，F(xiàn)在在應(yīng)用中，由于紅外傳感器的體積問題，其使用程度遠(yuǎn)不如熱電轉(zhuǎn)角。因此，紅外傳感器是否小型化、便攜化也不容忽視。

3、高靈敏度、高性能：在醫(yī)學(xué)上，紅外傳感器已廣泛用于人體溫度的測量，但由于其精度低，無法替代現(xiàn)有的測溫方法。因此，紅外傳感器的高靈敏度和高性能是其未來發(fā)展的必然趨勢。

雖然目前的紅外傳感器存在諸多不足，但紅外傳感器在現(xiàn)代生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮了巨大的作用。隨著檢測設(shè)備和其他部分技術(shù)的進(jìn)步，紅外傳感器可以有更多的性能和更好的靈敏度，將有更廣泛的應(yīng)用范圍。

1.紅外傳感器的工作原理是什么？

有源紅外傳感器既可以****紅外輻射，也可以檢測紅外輻射。有源紅外傳感器有兩部分：發(fā)光二極管 (LED) 和接收器。當(dāng)物體靠近傳感器時(shí)，來自 LED 的紅外光從物體反射出來并被接收器檢測到。

2. 為什么紅外傳感器很重要？

紅外傳感器是一種電子儀器，用于感知周圍環(huán)境的某些特征。它通過****或檢測紅外輻射來做到這一點(diǎn)。紅外傳感器還能夠測量物體發(fā)出的熱量并檢測運(yùn)動(dòng)。

3. 什么是兒童紅外傳感器？

比紅光波更長的光波稱為紅外光 (IR)。沒有特殊設(shè)備或攝影，我們無法看到紫外線和紅外線。在紅外傳感器的情況下，紅外光源（通常是紅外 LED）用于將光傳輸?shù)浇邮占t外傳感器。

4. 紅外傳感器可以檢測到人類嗎？

被動(dòng)紅外 (PIR) 傳感器用于檢測人的存在。但這只有在人處于運(yùn)動(dòng)中時(shí)才能檢測到人。每個(gè)人都會輻射特定波長范圍的紅外能量。吸收的入射輻射會改變材料的溫度。

5. 紅外傳感器用在什么地方？

被動(dòng)紅外傳感器（PIR 傳感器）是一種電子傳感器，用于測量從其視場中的物體輻射的紅外 (IR) 光。它們最常用于基于 PIR 的運(yùn)動(dòng)檢測器。PIR 傳感器通常用于安全警報(bào)和自動(dòng)照明應(yīng)用。

6. 如何繞過紅外傳感器？

波特說，大多數(shù)運(yùn)動(dòng)探測器，甚至是較新的探測器，都使用紅外線來檢測周圍房間溫度的顯著變化。他說，通常情況下，在房間里走動(dòng)會觸發(fā)這些傳感器，但使用像一塊泡沫聚苯乙烯這樣簡單的東西來保護(hù)你的身體可以欺騙它們。

7. 紅外傳感器和超聲波傳感器有什么區(qū)別？

IR 傳感器與超聲波傳感器之間的最大區(qū)別在于傳感器的工作方式。超聲波傳感器使用聲波（回聲定位）來測量您離物體的距離。另一方面，紅外傳感器使用紅外光來確定物體是否存在。

8. 紅外傳感器的范圍是多少？

紅外傳感器（IR 傳感器）是一種對輻射敏感的光電元件，其光譜靈敏度在 780 nm ...50 μm 的紅外波長范圍內(nèi)。紅外傳感器現(xiàn)在廣泛用于運(yùn)動(dòng)檢測器，用于樓宇服務(wù)中打開燈或警報(bào)系統(tǒng)以檢測不受歡迎的客人。

9. 紅外傳感器可以檢測溫度嗎？

紅外溫度傳感器可感應(yīng) 700 nm 至 14,000 nm 范圍內(nèi)的電磁波。... 因?yàn)槿魏挝矬w****的紅外能量與其溫度成正比，所以電信號可以準(zhǔn)確讀取其指向的物體的溫度。

10.紅外傳感器如何檢測障礙物？

紅外傳感器****和/或檢測紅外輻射以感知其周圍環(huán)境。...用作障礙物探測器的紅外傳感器的基本概念是****紅外信號，該紅外信號從物體表面反彈，并在紅外接收器處接收到信號。