光电传感与检测第四章

光电传感与检测第四章第一页，共二十二页，2022年，8月28日第二页，共二十二页，2022年，8月28日常用红外传感器（1）光子探测器

利用某些半导体材料在红外辐射的照射下，产生光电效应，使材料的电学性质发生变化，通过测量电学性质的变化，可以确定红外辐射的强弱。利用光电效应所制成的红外探测器统称光子探测器。光子探测器的主要特点：灵敏度高，响应速度快，响应频率高。但其一般需在低温下工作，探测波段较窄。（2）热探测器

利用探测元件吸收红外辐射能量而引起温升，在此基础上借助各种物理效应把温升转变成电量的一种探测器。热探测器光电转换的过程分为两步：第一步是热探测器吸收红外辐射引起温升；第二步利用热探测器某些温度效应把温升转变成电量的变化。根据热效应的不同，热探测器可分为：测辐射热计、测辐射热电偶和热电堆、热释电探测器和高莱管（气动型）。热探测器有四个基本特性：①响应率与波长无关，属于无选择性探测器；②受热时间常数（热惯性）的制约，响应速度比较慢；③热探测器的探测率比光子探测器的峰值探测率低；④可在室温下工作。第三页，共二十二页，2022年，8月28日红外传感技术（1）主动红外方式

主动红外方式需要红外发射源和相应的接收、检测设备，红外线的发、收光路，或对准，或依靠反射方式进行。为了加大监控距离，要求发射功率较大，接收灵敏度较高。（2）被动式

红外线传感技术是利用红外光敏器件将活动生物体发出的微量红外线转换成相应的电信号，并进行放大、处理，对被监控的对象实施控制。利用探测元件吸收红外辐射能量而引起温升，在此基础上借助各种物理效应把温升转变成电量的一种探测器。热探测器光电转换的过程分为两步：第一步是热探测器吸收红外辐射引起温升；第二步利用热探测器某些温度效应把温升转变成电量的变化。根据热效应的不同，热探测器可分为：测辐射热计、测辐射热电偶和热电堆、热释电探测器和高莱管（气动型）。热探测器有四个基本特性：①响应率与波长无关，属于无选择性探测器；②受热时间常数（热惯性）的制约，响应速度比较慢；③热探测器的探测率比光子探测器的峰值探测率低；④可在室温下工作。第四页，共二十二页，2022年，8月28日第五页，共二十二页，2022年，8月28日热释电红外传感原理热释电红线传感器可按照外形结构和内部组成的不同和性能进行分类。按照封装、外形可分为：塑封式、金属封装（立式和卧式）等；按照内部结构可分为单探测元、双元件、四元件等。按照工作红外波长范围可分为三种。（1）适用于温度遥测，例如：LN-206等。（2）适用于火焰检测，例如：MS-1型等。（3）适合一般日常生活采用，自动门、防盗报警、节能自动灯等，如：P228等。菲涅尔透镜第六页，共二十二页，2022年，8月28日菲涅尔透镜的工作原理移动的物体辐射的红外线进入透镜，会产生一个交替的“盲区”和“高灵敏区”，因此，会产生光脉冲。透镜由很多盲区和高灵敏区组成，则移动的红外辐射物体就会在探测区域产生一系列的光脉冲引入传感器，提高了接受灵敏度，物体移动越快，灵敏度越高。菲涅尔透镜的每个单元透镜一般都只有一个不大的视场，而相邻的两个单元透镜的视场既不连续也不重叠，都相隔一个盲区。菲涅尔透镜的主要作用：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）到传感器；二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在传感器上产生变化热释红外信号。当红外辐射物体进入感应范围，物体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离A区或中距离B区或近距离C区的某个段的同心环上，同心环与红外线探头有一个适当的焦距，红外光正好被探头接收，探头将光信号变成电信号送入电子电路.第七页，共二十二页，2022年，8月28日第八页，共二十二页，2022年，8月28日红外气体分析技术

工业中通常采用的分析气体的方式根据是否提取气体1.在线方式:光学技术,反射镜2.抽取方式

a.热导

b.红外

c.紫外根据气体的测量方式1.人工采样2.连续采样

a.热导式

b.红外式

c.紫外式

第九页，共二十二页，2022年，8月28日红外线气体分析器一般由红外辐射源、测量气样室、红外探测装置等组成。从红外光源发出强度为I0的平行红外线，被测组分选择吸收其特征波长的辐射能，红外线强度将减弱为I，红外线通过吸收物质前后强度的变化与被测组分浓度的关系服从朗伯—贝尔定律：式中K为被测组分吸收系数；C为被测组分浓度；L为光线通过被测组分的吸收层厚度。第十页，共二十二页，2022年，8月28日第十一页，共二十二页，2022年，8月28日红外测量气体浓度的原理第十二页，共二十二页，2022年，8月28日红外气体测量系统的工作过程蜂鸣器修正参数输出浓度值单片机数据处理LCD显示前置放大红外光源光电三极管电信号调制电压后级放大滤波电源模块PC机通信PC机界面程序第十三页，共二十二页，2022年，8月28日电路原理15VACKBP301555电路限流RInfraredLighter外接RAT89S52DS1822(Thermometer)电容PIS放大ButterworthLowpassfilter(OPA4241)AdjustingamplifierMAX125DS1225ADDSC12C88774LS138P89V51CH451Keyboard(5keys)EDM12864(LCD)74LS24474LS244BuzzerRS232780578127912

电路功能分为两个部分：上面的部分以AT89S52控制器对红外光源的调制电压进行控制，并将光电三极管的输出信号经进行放大和低通滤波，然后由MAX125将A/D转换的结果送AT89S52，该控制器还采样DS1822温度转换结果，最后将这两组数据传送给下面的部分进行处理和显示；下面的部分通过Keyboard输入设定值并存入非易失存储器DS1225AD中，P89V51控制器处理向AT89S52发送开始/停止测量的信息，并将送来的数据进行处理后显示在EDM12864(LCD)上，同时通过RS232向上位计算机的接收模块发送该显示数据，也可将该结果存入DS1225AD中，此外，P89V51控制器通过DSC12C887可以得到当前的日期和时间。第十四页，共二十二页，2022年，8月28日

红外发光二极管HG413,发出红外光。管压降约1.4V，工作电流一般小于20mA。红外发光二极管的光谱特性第十五页，共二十二页，2022年，8月28日采用振荡电路产生的方波信号对红外发光管进行调制，使之输出光脉冲信号，然后由光电三极管接收，放大还原为电信号。方波脉冲发生器使用555时基集成电路；光电接收电路采用光电三极管(3DU11型)组成的放大电路。时基集成块NE555输出震荡频率由外接电阻R1、R2及电容C1决定。3端为输出端，R3是限流电阻，避免由于电流过大而烧坏红外发光管，其输出信号为方波发光电路148237651

R12.2KR2

51KC1

0.2μFC2

0.01μFR339ΩDVCC(+5V)·····HG413第十六页，共二十二页，2022年，8月28日第十七页，共二十二页，2022年，8月28日接收电路T13DU11D(BT201)T23DG6R151KR26.2KVCC

（+5V）光电接收电路采用光电三极管(3DU11型)组成的放大电路。第十八页，共二十二页，2022年，8月28日激光采样在线气体分析技术

DLAS(激光吸收光谱):气体分子形成吸收光谱的原理气体分析的三大问题:1.单线光谱技术

a.背景气体的吸收谱线交叉干扰

b.红外光源的谱宽

c.激光光源的谱宽为b的10(-6)2.激光频率扫描技术使激光频率周期性扫描过被测气体的吸收谱线3.谱线展宽修正技术环境(温度和压力)变化,则气体谱线展宽和高度变DLAS的特点:1.能适应恶劣环境,可快速在线连续测量2.能克服背景气体的干扰3.能分析多种气体

第十九页，共二十二页，2022年，8月28日TDLAS技术的检测原理

分别代表频