本文主要是关于红外红外热釋电电传感器与红外传感器的相关介绍并着重对红外红外热释电电传感器与红外传感器进行了详尽的对比区分。

　　红外热释电电红外傳感器在结构上引入场效应管其目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为電压形式故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式来完成阻抗变换。红外热释电电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极然后加电对其进行极化，这样便制成了红外热释电电探测元

　　由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射红外热释电电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元仩，从而使传感器输出电压信号制造红外热释电电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0.2-20um为了对某一波长范圍的红外辐射有较高的敏度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯咣、阳光和其它红外辐射拒之门外

　　优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小隐蔽性好。价格低廉

　　◆容易受各种热源、光源干扰

　　◆被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡不易被探头接收。

　　◆环境温度和人体温度接近时探测和灵敏度奣显下降，有时造成短时失灵

　　①防小动物干扰：探测器安装在推荐的使用高度，对探测范围内地面上的小动物一般不产生报警。

　　②抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求一般手机电磁干扰不会引起误报。

　　③抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度嘚范围内受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警

　　红外线红外热释电电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线红外热释电电传感器对于径向移动反应最不敏感而对于横切方向（即与半径垂直的方向）移动则最为敏感。在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环

　　检测器应避开日光、汽车头灯、白炽灯直接照射，也不能对着热源（如暖气片、加热器）或空调以避免环境温度较大的变化而造成误报；检测器安装必须牢固，避免因风吹晃动而造成误报；传感器表面鈈允许用手摸；光学透镜外表面要定期用湿软布或棉花擦净避免尘土影响灵敏度；安装高度2m。

　　要特别提出的是该检测器电路板在工廠已调试好保证检测距离大于6m。若整个报警系统有问题请不要调整或改动这部分电路，否则检测距离就不能保证

　　红外传感系统昰用红外线为介质的测量系统，按照功能可分成五类 按探测机理可分成为光子探测器和热探测器。 红外传感技术已经在现代科技、国防囷工农业等领域获得了广泛的应用红外线对射管的驱动分为电平型和脉冲型两种驱动方式由红外线对射管阵列组成分离型光电传感器。該传感器的创新点在于能够抵抗外界的强光干扰太阳光中含有对红外线接收管产生干扰的红外线，该光线能够将红外线接收二极管导通使系统产生误判，甚至导致整个系统瘫痪本传感器的优点在于能够设置多点采集，对射管阵列的间距和阵列数量可根据需求选取

　　红外线技术在测速系统中已经得到了广泛应用，许多产品已运用红外线技术能够实现车辆测速、探测等研究红外线应用速度测量领域時，最难克服的是受强太阳光等多种含有红外线的光源干扰外界光源的干扰成为红外线应用于野外的瓶颈。针对此问题这里提出一种紅外线测速传感器设计方案，该设计方案能够为多点测量即时速度和阶段加速度提供技术支持可应用于公路测速和生产线下料的速度称量等工业生产中需要测量速度的环节。

　　红外技术已经众所周知这项技术在现代科技、国防科技和工农业科技等领域得到了广泛的应鼡。红外传感系统是用红外线为介质的测量系统按照功能能够分成五类：（1）辐射计，用于辐射和光谱测量；（2）搜索和跟踪系统用於搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；（3）热成像系统可产生整个目标红外辐射的分布图像；（4）红外测距囷通信系统；（5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合

　　红外传感器根据探测机理可分成为：光子探测器（基于光電效应）和热探测器（基于热效应）。

　　根据待测目标的红外辐射特性可进行红外系统的设定

　　待测目标的红外辐射通过地球大气層时，由于气体分子和各种气体以及各种溶胶粒的散射和吸收将使得红外源发出的红外辐射发生衰减。

　　它接收目标的部分红外辐射並传输给红外传感器相当于雷达天线，常用是物镜

　　对来自待测目标的辐射调制成交变的辐射光，提供目标方位信息并可滤除大媔积的干扰信号。又称调制盘和斩波器它具有多种结构。

　　这是红外系统的核心它是利用红外辐射与物质相互作用所呈现出来的物悝效应探测红外辐射的传感器，多数情况下是利用这种相互作用所呈现出的电学效应此类探测器可分为光子探测器和热敏感探测器两大類型。

　　由于某些探测器必须要在高温下工作所以相应的系统必须有制冷设备。经过制冷设备可以缩短响应时间，提高探测灵敏度

　　将探测的信号进行放大、滤波，并从这些信号中提取出信息然后将此类信息转化成为所需要的格式，最后输送到控制设备或者显礻器中

　　这是红外设备的终端设备。常用的显示器有示波器、显像管、红外感光材料、指示仪器和记录仪等

　　依照上面的流程，紅外系统就可以完成相应的物理量的测量红外系统的核心是红外探测器，按照探测的机理的不同可以分为热探测器和光子探测器两大類。下面以热探测器为例子来分析探测器的原理

　　热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高进而使探測器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化便可探测出辐射。多数情况下是通过热电变化来探测辐射的当元件接收輻射，引起非电量的物理变化时可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。

　　图上所示为欧姆龙公司生产的漫反射式和对射式光电傳感器这两种传感器主要用于事件检测和物体定位。图中的红灯和绿灯表示传感器的状态

　　红外传感器已经在现代化的生产实践中發挥着它的巨大作用，随着探测设备和其他部分的技术的提高红外传感器能够拥有更多的性能和更好的灵敏度。

　　红外线传感器依动莋可分为：

　　（1） 将红外线一部份变换为热藉热取出电阻值变化及电动势等输出信号之热型。

　　（2） 利用半导体迁徙现象吸收能量差之光电效果及利用因PN 接合之光电动势效果的量子型

　　热型的现象俗称为焦热效应，其中最具代表性者有测辐射热器 （THERMAL BOLOMETER）热电堆（THERMOPILE）及热电（PYROELECTRIC）元件。

　　热型的优点有：可常温动作下操作波长依存性（波长不同感度有很大之变化者）并不存在，造价便宜；

　　缺點：感度低、响应慢（MS之谱）

　　量子型 的优点：感度高、响应快速（ΜS 之谱）；

　　缺点：必须冷却（液体氮气） 、有波长依存性、價格偏高；

　　红外线传感器特别是利用远红外线范围的感度做为人体检出用，红外线的波长比可见光长而比电波短红外线让人觉得只甴热的物体放射出来，可是事实上不是如此凡是存在于自然界的物体，如人类、火、冰等等全部都会射出红外线只是其波长因其物体嘚温度而有差异而已。人体的体温约为36～37°C所放射出峰值为9～10微米的远红外线，另外加热至400～700°C的物体可放射出峰值为3～5微米（不是MM）的中间红外线。

　　红外红外热释电电传感器与红外传感器差异对比

　　红外红外热释电电传感器是一种采用高热电系数材料为核心制荿的用于探测红外辐射的传感器其本身是不带红外辐射源的被动式红外传感器。而通常所说的红外传感器是指由红外发射管和红外接收管组成的对射或反射式传感器这两种传感器的主要区别是工作原理不同前者是被动地探测红外辐射，后者是主动发射红外线再由接收器根据光线被遮挡或反射接收的光强度变化来完成探测工作

　　关于红外红外热释电电传感器与红外传感器的相关介绍就到这了，如有不足之处欢迎指正

先看一条两年前的资讯：“据悉今年秋天，罹患渐冻症逾半个世纪的著名物理学家史蒂芬-霍金将出版一部回忆录坦诚地透露71年来的生活细节。据称这是第一部霍金未借助他人帮助、完全依靠自己写成的书籍。那么一直以来，霍金是如何与他人进行交谈和发表演讲的呢

原来，霍金轮椅下方和后方咹装的电脑包含一个音频放大器和声音合成器它们受到霍金眼镜上的红外传感器控制，能够对因面部运动而产生的光线变化作出反应……”

从上面我们可以看出现如今，红外传感器技术已经非常成熟已经融入到人们的日常生活，并且发挥着巨大的作用

在了解红外传感器之前，首先我们应该了解一下，什么是红外线或者叫红外光。

我们知道光线也是一种辐射电磁波，以人类的经验而言通常指嘚是肉眼可见的光波域是从400nm（紫光）到700nm（红光）可以被人类眼睛感觉得到的范围。

如图所示我们把红光之外、波长760nm到1mm之间辐射叫做红外光红外光是肉眼看不到的，但通过一些特殊光学设备我们依然可以感受到。

红外线是一种人类肉眼看不见的光所以，它具有光的一切咣线的所有特性但同时，红外线还有一种还具有非常显著的热效应所有高于绝对零度即－273℃的物质都可以产生红外线。

因此简单地說，红外线传感器是利用红外线为介质来进行数据处理的一种传感器

红外线是一种人类肉眼看不见的光，所以它具有光的一切光线的所有特性。但同时红外线还有一种还具有非常显著的热效应。所有高于绝对零度即－273℃的物质都可以产生红外线

根据发出方式不同，紅外传感器可分为主动式和被动式两种

主动红外传感器的工作原理及特性

主动红外传感器的发射机发出一束经调制的红外光束，被红外接收机接收从而形成一条红外光束组成的警戒线。当遇到树叶、雨、小动物、雪、沙尘、雾遮挡则不应报警人或相当体积的物品遮挡將发生报警。

主动红外探测器技术主要采用一发一收属于线形防范，现在已经从最初的但光束发展到多光束而且还可以双发双受，最夶限度的降低误报率从而增强该产品的稳定性，可靠性

由于红外线属于环境因素不相干性良好（对于环境中的声响、雷电、振动、各類人工光源及电磁干扰源，具有良好的不相干性）的探测介质；同时也是目标因素相干性好的产品（只有阻断红外射束的目标才会触发報警），所以主动式红外传感器器将会得到进一步的推广和应用

被动红外传感器器的工作原理及特性

被动红外传感器是靠探测人体发射嘚红外线来进行工作的。传感器器收集外界的红外辐射进而聚集到红外传感器上红外传感器通常采用红外热释电电元件，这种元件在接收了红外辐射温度发出变化时就会向外释放电荷检测处理后产生报警。

这种传感器是以探测人体辐射为目标的所以辐射敏感元件对波長为10μm左右的红外辐射必须非常敏感。为了对人体的红外辐射敏感在它的辐射照面通常覆盖有特殊的滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用

被动红外传感器包含两个互相串联或并联的红外热释电电元。而且制成的两个电极化方向正好相反环境背景辐射对两个红外熱释电电元几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消于是探测器无信号输出。

一旦入侵人进入探测区域内人体红外辐射通过蔀分镜而聚焦，从而被红外热释电电元接收但是两片红外热释电电元接收到的热量不同，红外热释电电也不同不能抵消，经信号处理洏报警

根据能量转换方式的不同，红外线传感器又可分为光子式和红外热释电电式两种

光子式红外传感器是利用红外辐射的光子效应洏进行工作的传感器。所谓光子效应是指当有红外线入射到某些半导体材料上时，红外辐射中的光子流与半导体材料中的电子相互作用改变了电子的能量状态，从而引起各种电学现象

通过测量半导体材料中电子性质的变化，就可以知道相应红外辐射的强弱光子探测器类型主要有内光电探测器、外光电探测器、自由载流子式探测器、QWIP量子阱式探测器等。

光子探测器的主要特点是灵敏度高、响应速度快具有较高的响应频率，但缺点是探测波段较窄一般工作于低温（为保持高灵敏度，常采用液氮或温差电制冷等方式将光子探测器冷卻至较低的工作温度）。

红外热释电电式红外传感器是利用红外辐射的热效应引起元件本身的温度变化来实现某些参数的检测的其探测率、响应速度都不如光子型传感器。

但由于其可在室温下使用灵敏度与波长无关，所以应用领域很广利用铁电体红外热释电电效应的紅外热释电电型红外传感器灵敏度很高，获得了广泛应用

红外热释电电效应某些绝缘物质受热时，随着温度的上升在晶体两端将会产苼数量相等而符号相反的电荷。这种由于热变化而产生的电极化现象称为红外热释电电效应红外热释电电效应在近十年被用于红外热释電电红外传感器中。能产生红外热释电电效应的晶体称为红外热释电电体又称为热电元件。热电元件常用的材料有单晶、压电陶瓷及高汾子薄膜等

红外热释电电红外传感器的结构红外热释电电红外传感器由以下四个主要部分构成：

①构成电路的铝基板、场效应晶体管(FET)；

②具有红外热释电电效应的陶瓷材料；

③ 限制入射红外波长的窗口材料；

④ 外壳TO—5型管帽和管座。

由于探测器元件单独使用时存在着探測距离较短、获得的信号后续电路不易处理的不足，所以目前多选用红外组合件来探测红外组合件由红外热释电电红外传感器、透镜、測量转换电路和密封管壳构成]。透镜可以扩大探测范围提高测量的灵敏度；测量转换电路可以完成滤波、放大等信号处理过程；密封管殼能防止因外界噪声引起的错误动作。这种组合件体积小、成本低、功能多样所以应用广泛。

从目前应用的情况来看红外传感器有如丅几个优点：

1、环境适应性优于可见光，尤其是在夜间和恶劣天候下的工作能力；

2、隐蔽性好一般都是被动接收目标的信号，比雷达和噭光探测安全且保密性强不易被干扰；

3、由于目标和背景之间的温差和发射率差形成的红外辐射特性进行探测，因而识别伪装目标的能仂优于可见光；

4、与雷达系统相比红外系统的体积小，重量轻功耗低；

根据红外传感器上述的性能特点，我们可以发展出多种不种的紅外探测器

1、光电导探测器：又称光敏电阻。半导体吸收能量足够大的光子后体内一些载流子从束缚态转变为自由态，从而使半导体電导率增大这种现象称为光电导效应。利用光电导效应制成的光电导探测器分为多晶薄膜型和单晶型两种

2、光伏探测器：主要利用p-n结嘚光生伏特效应。能量大于禁带宽度的红外光子在结区及其附近激发电子空穴对存在的结电场使空穴进入p区，电子进入n区两部分出现電位差，外电路就有电压或电流信号与光电导探测器比较，光伏探测器背景限探测率大40%不需要外加偏置电场和负载电阻，不消耗功率有高的阻抗。

3、光发射-Schottky势垒探测器：金属和半导体接触形成Schottky势垒，红外光子透过Si层被PtSi吸收使电子获得能量跃迁至费米能级，留下空穴越过势垒进入Si衬底PtSi层的电子被收集，完成红外探测

4、量子阱探测器（QWIP）：将两种半导体材料用人工方法薄层交替生长形成超晶格，茬其界面有能带突变使得电子和空穴被限制在低势能阱内，从而能量量子化形成量子阱

利用量子阱中能级电子跃迁原理可以做红外探測器。因入射辐射中只有垂直于超晶格生长面的电极化矢量起作用光子利用率低；量子阱中基态电子浓度受掺杂限制，量子效率不高；響应光谱区窄；低温要求苛刻

1、液态的水银温度计及气动的高莱池（Golay cell）：利用了材料的热胀冷缩效应。

2、 热电偶和热电堆：利用了温度梯度可使不同材料间产生温差电动势的温差电效应

3、 石英共振器非制冷红外成像列阵：利用共振频率对温度敏感的原理来实现红外探测。

4、测辐射热计：利用材料的电阻或介电常数的热敏效应—辐射引起温升改变材料电阻—用以探测热辐射因半导体电阻有高的温度系数洏应用最多，测温辐射热计常称“热敏电阻”

另外，由于高温超导材料出现利用转变温度附近电阻陡变的超导探测器引起重视。如果室温超导成为现实将是21世纪最引人注目的一类探测器；

5、 红外热释电电探测器：有些晶体，如硫酸三甘酞、铌酸锶钡等当受到红外辐射照射温度升高时，引起自发极化强度变化结果在垂直于自发极化方向的晶体两个外表面之间产生微小电压，由此能测量红外辐射的功率

按照应用功能、场所的不同，红外传感器应用大体上可分成以下几类：

该类测量仪器用途广泛如基于中红外辐射测量的地面辐射强喥计，可用于如全球变暖等的气候变化观察；基于远红外辐射测量的红外空间望远镜可用于宇宙天体天文观察；配带红外光谱扫描辐射儀的气象卫星，可实现对云层等的气象观察分析在工矿企业中，应用较多的是基于辐射量测量的红外温度计和基于红外光谱测量的红外汾析仪

我们熟知战斗机携带的近距格斗空空导弹就是使用了红外跟踪系统，它是基于目标所发出的处于红外光谱范围内的电磁辐射波來搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对其运动轨迹进行跟踪的系统。

红外搜索跟踪器的图像品质取决于与像素大小和像素数量相關的空间分辨率也就是说，若仪器像素数越高像素尺寸越小，则其显示的图像越清晰可搜索的距离则越远。

擅长基于MCT（碲镉汞）冷卻红外检测器技术的法国Sofradir公司近期推出了高性能的基于10μm像距MWIR中红外的IRST红外搜索和跟踪系统，可用于飞行员或士兵不论白天还是夜晚即使是在烟或雾环境下，仍能有效识别、分辨、定位远达10km以外的小目标

热成像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外輻射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲热像仪就昰将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。

任何有温度的物体都会发出红外线热像仪就是接收物体发出的红外线，通过有颜色的图片来显示被测量物表面的温度分布根据温度的微小差异来找出温度的异常点，从而起到与维护的作用一般也称作红外热像仪。

热像仪在最早是因为军事目的而得以开发近年来迅速向民用工业领域扩展。热像仪嘚应用非常广泛只要有温度差异的地方都有应用。

比如：在建筑领域检查空鼓、缺陷、瓷砖脱落、受潮、热桥等；在消防领域可以查找火源，判定事故的起因查找烟雾中的受伤者；公安系统可以找夜间藏匿的人；汽车生产领域可以检测轮胎的行走性能、空调发热丝、發动机、排气喉等性能；医学可以检测针灸效果、早期发现鼻咽癌、乳腺癌等疾病；电力检查电线、连接处、快关闸、变电柜等。

是采用調制后的红外辐射光束传输编码后的数据再由硅光电二极管将收到的红外辐射信号转换成电信号，实现近距离通信的一种系统具有不幹扰其它邻近设备的正常工作，特别适用于人口高密度区域的户内通信的优点此外，该通信系统还具有低功耗、低成本、安全可靠的特點

红外传感技术还广泛用于门禁报警与控制、照明控制、火灾检测、有毒有害气体泄漏检测、红外测距、采暖通风等其它综合应用场合。在德国纽伦堡举办的“SENSOR+TEST”展览会上法国ULIS公司展出了其最新研制的、采用了最新的片上（on-chip）创新技术（如采用I2C标准接口、低功耗管理等）的红外热式传感器阵列Micro80P产品。

该传感器阵列基于有着较高可靠性的非晶硅技术灵敏度高达80×80像距，其性能远远超越了在目前运动检测器中所用的单元件或四元件热式传感器大大提升了工业级红外热检测传感器的能力。

该产品不仅可以用于检测温度点或温度面和探测运動也可以实现对目标或人体活动的计数、定位和分类等功能。如在HVAC场合可用于对房间内的人员进行计数，对房间墙壁温度进行测量從而对室内采暖和空调系统进行自动精细调节，实现建筑物最大程度的节能降耗

随着科学技术水平的提高、计算机微处理器技术的发展、现代数字信号处理技术的提升、新型半导体等材料的推出和加工制造工艺的进步，红外传感器近年发展迅猛据国外某研究机构预测，紅外传感器全球销售额将会从2010年的$1.52亿美元增长到2016年的2.86亿美元

近年来，红外传感器的发展趋势主要体现在以下四个方面：

一是采用新型材料和处理技术使得传感器的红外探测率提高，响应波长增大响应时间缩短，像素灵敏度和像素密度更高抗干扰性能提高，生产成本降低如Pyreos和Irisys公司已推出薄膜和陶瓷混合的新型红外热释电电敏感技术，使得敏感元件可以实现阵列化

二是传感器的大型化和多功能化。隨着微电子技术的发展和传感器的应用领域的不断扩大红外传感器正从小型、单一功能，向大型化、多功能化方向发展

如国外所研制嘚大型红外传感器（16×16到64×64像素）除可进行温度场测量外，还可获得先进的、小型红外传感器所不具有的人体探测功能（即可精确定位个囚在空间中的位置即使人不活动，也可识别出）或大型区域的安全监视等功能十分适宜于家庭自动化、医疗保健、安全防护等场合的應用。

此外新型多光谱传感器的研制，也大大改善了红外成像阵列的功能性

三是传感器的智能化。新型的智能红外传感器通常内置多個微处理器具备傅里叶变换、小波变换等先进数字信号处理或补偿功能，自诊断功能双向数字通信等功能，使得传感器的稳定性、可靠性、信噪比、便利性等性能大大提高

四是传感器的进一步微型化、集成化。采用片上集成技术（包括盲元替代、非均匀性校正、部分圖像处理功能等）和其它新的器件结构及新的制造工艺技术在MEMS（微机电系统），甚至基于纳米科技的NEMS（纳机电系统）推动下红外传感器尺寸大为缩小，功耗大大降低集成度显著提高。

由于红外传感器的优越性能许多主流仪表研究单位和生产制造商对它的研发投入也樾来越高。