2022年5月30日 星期一

.簡述紅外線的發展與應用

什麼是紅外線?


來源ISweek

宇宙間的任何物體,只要其溫度超過零度,就能產生紅外線輻射,事實上同可見光一樣,其輻射能夠進行折射和反射,這樣便產生了紅外線技術,利用紅外線光探測器,因其獨有的優越性而得到廣泛的重視,並在軍事和民用領域,得到了廣泛的應用。軍事上,紅外線探測用於制導、火控跟蹤、警戒、目標偵查、武器熱瞄準器、艦船導航等;在民用領域,廣泛應用與工業設備監控、安全監視、救災、遙感、交通管理以及醫學診斷技術等。



简述红外线的发展与应用

在科技發展越來越快的今天,自動控制和自動檢測,在人們的日常生活和工業控制,所佔的比例也越來越重,使人們的生活越來越舒適,工業生產的效率越來越高。


感測器是自動控制中的重要組成零組件,是資訊採集系統的重要零組件,透過感測器將感受或響應的被測量,轉換成適合輸送或檢測的信號(一般為電信號),再利用電腦或者電路設備,對感測器輸出的信號進行處理,從而達到自動控制的功能,由於感測器的響應時間一般都比較短,所以可以透過電腦系統,對工業生產進行即時控制。


紅外線感測器是感測器中常見的一類,由於紅外線感測是檢測紅外線輻射的一類感測器,而自然界中任何物體,只要其穩定高於絕對零度,都將對外輻射紅外線能量,所以紅外線感測器稱為非常實用的一類感測器,利用紅外線感測器,可以設計出很多實用的感測器模組,如紅外線測溫儀,紅外線成像儀,紅外線人體探測報警器,自動門控制系統等。


紅外線感測器是用紅外線的物理性質,來進行測量的感測器。紅外線又稱紅外光,它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質。它是一種不可見光,其光譜位於可見光中紅色以外,所以稱紅外線。


紅外線感測器定義

工程上把紅外線佔據在電磁波譜中的位置(波段)分為:近紅外線、中紅外線、遠紅外線、極遠紅外四個波段。任何物質,只要它本身具有一定的溫度(高於絕對零度),都能輻射紅外線。


紅外線感測器的測量基礎原理

首先瞭解一下紅外光。紅外光是太陽光譜的一部分,紅外光的最大特點就是具有光熱效應,輻射熱量,它是光譜中最大光熱效應區。紅外光一種不可見光,與所有電磁波一樣,具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質。


紅外光在真空中的傳播速度為 300000Km/s。紅外光在媒介中傳播會產生衰減,在金屬中傳播衰減很大,但紅外線輻射能透過大部分半導體和一些塑膠製品,大部分液體對紅外線輻射吸收非常大。


不同的氣體對其吸收程度各不相同,大氣層對不同波長的紅外光存在不同的吸收帶。研究分析表明,對於波長為1~5μm、 8~14μm區域的紅外光具有比較大的「透明度」。即這些波長的紅外光能較好地穿透大氣層。自然界中任何物體,只要其溫度在絕對零度之上,都能產生紅外光輻射。紅外光的光熱效應對不同的物體是各不相同的,熱能強度也不一樣。例如,黑體(能全部吸收投射到其表面的紅外輻射的物體)、鏡體(能全部反射紅外輻射的物體)、透明體(能全部穿透紅外線輻射的物體)和灰體(能部分反射或吸收紅外線輻射的物體)將產生不同的光熱效應。


嚴格來講,自然界並不存在黑體、鏡體和透明體,而絕大部分物體都屬於灰體。上述這些特性就是把紅外光輻射技術用於衛星遙感遙測、紅外跟蹤等軍事和科學研究項目的重要理論依據。


紅外線輻射的物理本質是熱輻射。物體的溫度越高,輻射出來的紅外線越多,紅外線輻射的能量就越強。研究發現,太陽光譜各種單色光的熱效應,從紫色光到紅色光是逐漸增大的,而且最大的熱效應出現在紅外線輻射的頻率範圍內,因此人們又將紅外線輻射稱為熱輻射或熱射線。


紅外線感測器的發展趨勢

1、智慧化:目前的紅外線感測器主要結合外圍設備來使用,而智慧感測器內置微處理器,能夠實現感測器與控制單元的雙向通信,具有小型化、數位通信、維護簡單等優點,能夠單獨作為一個模組獨立工作。


2、微型化:感測器微型化一個必然趨勢。現在應用中,由於紅外線感測器的體積問題,導致其使用程度遠不如熱電隅來的好。所以紅外線感測器微型化便攜與否,對其發展前途的影響是不可忽略的。


3、高靈敏度及高性能:在醫學上,人體體溫測試方面,紅外線感測器因測量的快速性,而得到了相當的應用,但局限於其準確度不高而沒辦法取代現有的體溫測量方法。因此,紅外線感測器高靈敏度,是其未來發展的必然趨勢。



雖然現階段的紅外線感測器還有很多的不足,但紅外線感測器已經在現代化的生產實踐中,發揮著它的巨大作用,隨著探測設備和其他部分的技術的提高,紅外線感測器能夠擁有更多的性能和更好的靈敏度,也將有更廣闊的應用範圍。



简述红外线的发展与应用


接下來為大家介紹兩款從國外進口的紅外線感測器,首先是從德國 HLP 公司進口的紅外線溫度感測器 —— TS318-1B0814,這是一款主要用在非接觸式測量,功能是將物體發出的熱輻射轉化為電壓輸出。應用領域包括電器、醫療、自動設備、消費類產品、工業應用等。



简述红外线的发展与应用


最後介紹的是從英國 Calex Electronics 公司進口的紅外線溫度感測器 PyroBus PyroCAN - PyroCouple PyroEpsilon,PyroCouple 是一款簡潔的紅外線溫度感測器,可選配類比輸出。無複雜設置,只需連接到溫度指示器和電源,即可馬上開始測量。適用於在大多數非反射的非金屬表面上,進行非接觸式的溫度測量,如紙張、厚塑料、瀝青,油漆表面,食品,橡膠和有機材料等等。


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