返回课程索引
11.1 红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
2、红外辐射的基本定律
斯蒂芬-玻尔兹曼（Stefan－Boltzmann）定律：
物体的总的辐射能量与温度的四次方成正比。
W T 4
W：物体在单位时间和单位面积内辐射出的辐射能 T: 热力学温度，K σ：斯蒂芬-玻尔兹曼系数，5.67×10－8W/(m2.K4) ε: 比辐射率，ε=1的物体称为黑体
测温范围宽，分辨率高，在刀具温度场监测、军事等 应用
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
美国SE公司最新推出：HD640
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
雷神公司研制生产的 AN/ASQ-228型“阿特弗利 尔”先进前视红外瞄准吊 舱
洛克希德·马丁公司研制生产的 AN/AAS-38B型“夜鹰”前视 红外瞄准吊舱
红外探测器应用可以用于非接触式温度测量，无 损探伤，气体成分分析，热成像检测，红外遥感以及军 事目标的侦察、搜索、跟踪和通信等。红外传感器的应 用前景随着现代科学技术的发展，将会更加广阔。
1）红外测温
应用斯蒂芬—玻 目标 耳兹曼定律测物体的 辐射出的全波辐射能 来决定物体的温度。 典型的红外探测器的 为热释电传感器。
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
美军研制的未来单兵作战武器---OICW
夜视瞄准机系统：非 冷却红外传感器技术
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
4）红外辐射传感器的应用4：
红外热波无损探伤：针对各类试件选择不同特性的
热源进行正弦、周期、脉冲、直流等函数类型的加热，
在计算机控制下进行时序热波信号探测和数据采集。
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
(2) 热释电红外人体探测/报警装置
①菲涅尔透镜作用有两个：一
是聚焦作用，即将热释红外信号折
射（反射）在热释电传感器上，第
二个作用是将探测区域内分为若干
个明区和暗区，使进入探测区域的
移动物体能以温度变化的形式产生
变化热释红外信号。 在探测器前方产生一个交替变
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
11.1红外辐射传感器
红外测温的典型应用：
广西大学电气工程学院
(1) 热释电红外热辐射温度计
热释电红外热辐射温度计是一种非接触式测温仪器。自然 界中的物体，例如人体、火焰、机器设备、房屋、岩石、冰等 物体都能辐射出红外线，只是辐射的红外波长不同而已。例如， 人体温度(36～37℃)放射的红外线波长为9～10μm，400～700℃ 物体放射出的红外波长为3～5μm。
化的“盲区”和“高灵敏区”，以 提高它的探测接收灵敏度。当有人
菲涅 尔透 镜
从透镜前走过时，人体发出的红外
线不断地交替从“盲区”进入 红外热释电人体传感器
“高灵敏区”，这样就使接收到的
红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输
入。
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
滤 光 片
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
② 探测电路 探测电路由放大、比较电路、延时电路与驱动电路组成。
比较器电路：A3组成电压比较器，无报警信号时输出低电平；当 有人入侵时，比较器翻转LED亮，当人体运动时则输出一串脉冲。
延时驱动电路： 555Ⅰ，555Ⅱ和VT2组成延时、驱动电路。当A3 输出一个正脉冲脉冲；当人在报警区移动，C12不断允电，当达到一定 电压时，VT1触发555Ⅰ，使VT 2导通，吸合继电器，使其控制报警器 动作。 555Ⅱ组成延时电路。避免开机瞬间的误报警。
②热传感器——基于热效应，常用的热探测器有热 敏电阻型、热电偶型、高莱气动型及热释电型。在整个 红外波段有较好的光谱响应。
光探测器的响应时间比热探测器短的多，但是对入 射光的频率有要求，只适合于近红外波段或可见光。
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
热敏电阻型： 电阻随温度变化而变化， 响应速度慢
光学 系统
红外探测器 指 示
前置放大器 器
微电机
调制器
常见红外测温仪框图
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
目标
光学 系统
红外热释电 探测器 指 示 前置放大器 器
调制器
常见红外测温仪框图
光学系统：将红外辐射聚焦在红外探测器上 前置放大器：阻抗变换、信号放大； 调制器：将恒定或缓变的红外辐射变换为交变辐射。
11.1 红外辐射传感器
维恩位移定律
光谱辐射的峰值波长 与温度成反比
m

2897 T
在温度不很高时，峰 值波长在红外区域
广西大学电气工程学院
11.1红外辐射传感器
3、红外传感（探测）器
广西大学电气工程学院
红外探测器能将红外辐射能转换成电量。分为光子 传感器和热传感器两大类。
① 光子传感器(量子型)——基于光电效应, 某些半 导体材料在入射光的照射下，会激发出电子，通过测量 电学性质的变化，即可知道入射光的强度。
热电偶型： 热电效应，动态特性差
热传感器
高莱气动型：
气体吸收红外辐射后，温 度升高，体积变大
热释电型：
具有极化特性的热释电晶体 （铁电体）在吸收红外辐射后 温度升高，极化强度减弱释放 出电荷
热传感器在整个红外波段有较好的光谱响应，但是响应时 间长，不适合测量快速变化的红外信号，而且线性度较差。
11.1红外辐射传感器
现代检测技术
广西大学电气工程学院
第十一章 红外及核辐射式传感器
1.掌握红外传感器工作原理及应用 2.掌握超声波传感器工作原理及应用 3.掌握核辐射传感器工作原理及应用
返回课程索引
第十一章 红外和辐射式传感器广西大学电气工程学院 11.1 红外辐射传感器
光谱图
1、红外辐射传感器的物理基础——任何物体只要温 度高于绝对零度，就会向周围空间辐射红外线
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
2）红外辐射传感器的应用2： 红外气体分析仪：根据不同气体对红外光的吸收能
力不同，来识别物质分子的类型。
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
红外多成份气体分析仪
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
3）红外热像仪：将被测物体的温度分布转化为电视图 像或照片，实现非接触、实时、连续的温度测量。
② 测温仪框图
广西大学电气工程学院
一般情况下，测温对象是固定不动的，因此本辐射温度计采用 斩光装置使被测“热源”以1Hz的频率入射到热释电传感器，其 结构示意图如上图所示：斩光板由慢速电机带动旋转，使传感器 按1Hz的频率接收被测物体的辐射能(红外线)。
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
③ 测量电路 传感器输出的信号需经放大器放大、滤波器滤波 （把高于7Hz的信号滤掉），使得输出电压与温度基本 成线性关系，可用模拟或数字方法显示出来。本红外线 测温仪，最高温度可测200℃，它仅适于近距离的非接 触测温的场合。
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
HCW-VA远距离红外测 温仪在铁道车辆红外检 测系统中的应用
HCW-VB远距离红外测 温仪在铁道输电塔红外 检测系统中的应用
第十一章 红外和辐射式传感器广西大学电气工程学院 本节小结：
1.掌握辐射式传感器的工作原理 2.掌握辐射式传感器的基本特性 3.了解辐射式传感器传感器的应用
广西大学电气工程学院
高莱池
红外辐射通过盐窗照射到气室一端的涂黑金属薄 膜上，使气室温度升高，气室中的惰性气体（氙或氩 气）膨胀，另一端涂银的软镜膜变形凸出。导致检测 器光源经过透镜、线栅照射到软镜膜后反射到达光电 倍增管的光量改变。
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
3、红外辐射传感器的应用
① 传感器 测温装置常用的是LN-206P或IRAE001S热释电红外传感器， 它能接收物体辐射出的红外线并使之转换成电压信号。 热释电传感器只能对变化的热源作出反应，也就是说它们的 探测对象应是一个超低频红外辐射源。LN-206P型热释电传感器 对1Hz频率辐射的响应灵敏度较高。
11.1红外辐射传感器
核心设备：热成像仪、加热装置、控制装置、计 算机及图像处理装置、图像处理软件。
发展及应用：主要应用于飞机、航天器等探伤研 究，得到美国军方、FAA及各大航空公司巨额资助。
11.1红外辐射传感器
广西大学电气工程学院
特点：与传统依靠物体本身热辐射而对其温场被动成像的探伤 技术不同，红外热波技术利用物体因结构或材料不同而导致的 热传导特性不同，采用对试件加热的方法用以激发显示表面裂 纹、内部损伤和结构异常等，最后用计算机处理热成像仪采集 到的图像以达到探伤目的。