2123987560传感器原理及其应用 第10章 红外传感器

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1、武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器第10章 红外传感器 Infrared sensors武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器与其他探测技术相比，红外探测技术有如下主要与其他探测技术相比，红外探测技术有如下主要优点优点：(1) (1) 环境适应性好，在夜间和恶劣气象条件下的工作能力优于环境适应性好，在夜间和恶劣气象条件下的工作能力优于可见光；可见光；(2) (2) 被动式工作，隐蔽性好，不易被干扰；被动式工作，隐蔽性好，不易被干扰；(3) (3) 靠目标和背景之间各部分的温度和发射率形成的红

2、外辐射靠目标和背景之间各部分的温度和发射率形成的红外辐射差进行探测，因而识别伪装目标的能力优于可见光；差进行探测，因而识别伪装目标的能力优于可见光；(4) (4) 红外系统的体积小、质量轻、功耗低。红外系统的体积小、质量轻、功耗低。绪绪 论论 红外传感器是将红外辐射能量转换为电量的一种传感器。红外红外传感器是将红外辐射能量转换为电量的一种传感器。红外辐射（红外线）是一种人眼看不见的光线，波长范围大致在辐射（红外线）是一种人眼看不见的光线，波长范围大致在0.760.76100m100m。任何温度高于热力学零度（。任何温度高于热力学零度（-273.15-273.15）的物体）的物体都会辐射红外线都

3、会辐射红外线 。 武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 近年来，红外技术在军事领域和民用工程上，都得到了广近年来，红外技术在军事领域和民用工程上，都得到了广泛应用。军事领域的应用主要包括：泛应用。军事领域的应用主要包括：(1) (1) 侦查、搜索和预警；侦查、搜索和预警；(2) (2) 探测和跟踪；探测和跟踪；(3) (3) 全天候前视和夜视；全天候前视和夜视；(4) (4) 武器瞄准；武器瞄准；(5) (5) 红外制导导弹；红外制导导弹；(6) (6) 红外成像相机；红外成像相机；(7) (7) 水下探潜、探雷技术。水下探潜、探雷技术。在民

4、用工程领域的应用主要是：在民用工程领域的应用主要是：(1) (1) 在气象预报、地貌学、环境监测、遥感资源调查等领域的在气象预报、地貌学、环境监测、遥感资源调查等领域的应用；应用；(2) (2) 在地下矿井测温和测气中的应用；在地下矿井测温和测气中的应用；(3) (3) 红外热像仪在电力、消防、石化以及医疗和森林火灾顶报红外热像仪在电力、消防、石化以及医疗和森林火灾顶报中的应用。中的应用。武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器10.1 10.1 红外辐射的基本知识红外辐射的基本知识10.1.1 10.1.1 红外辐射红外辐射 任何物体，只要它的

5、温度高于热力学零度任何物体，只要它的温度高于热力学零度(-273.15(-273.15 )时，就时，就会向外辐射能量，故称为热辐射，又称为红外辐射或俗称红外线。会向外辐射能量，故称为热辐射，又称为红外辐射或俗称红外线。它是一种人眼看不见的光线，但实际上它与其他任何光线一样，它是一种人眼看不见的光线，但实际上它与其他任何光线一样，也是一种客观存在的物质。在电磁辐射波谱中，红外线是位于可也是一种客观存在的物质。在电磁辐射波谱中，红外线是位于可见光中红色光以外的光线，波长范围大致在见光中红色光以外的光线，波长范围大致在0.760.76100 100 ，对应，对应的频率大致在的频率大致在4 41010

6、14143 310101111 HzHz之间。之间。m红外线与可见光一样，也具有反射、折射、散射、干涉、吸收红外线与可见光一样，也具有反射、折射、散射、干涉、吸收等特性，它在真空中的传播速度为光速，即等特性，它在真空中的传播速度为光速，即c c =3=310108 8m/sm/s。 在红外技术中，一般将红外辐射分为在红外技术中，一般将红外辐射分为4 4个区域：波长在个区域：波长在0.763 为近红外区；波长在为近红外区；波长在3 36 6 为中红外区；波长在为中红外区；波长在6 620 20 为中远红外区；波长在为中远红外区；波长在2020100 100 为远红外区。为远红外区。mmmm武汉理

7、工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 红外辐射在大气中传播时，由于大气中的气体分子、水蒸红外辐射在大气中传播时，由于大气中的气体分子、水蒸气以及固体微粒、尘埃等物质的吸收和散射作用，使辐射能在气以及固体微粒、尘埃等物质的吸收和散射作用，使辐射能在传输过程中逐渐衰减。但红外辐射在通过大气层时，在以下传输过程中逐渐衰减。但红外辐射在通过大气层时，在以下3 3个个波段区间：波段区间：2 22.6 2.6 、3 35 5 、8 814 14 ，大气对红外线几，大气对红外线几乎不吸收，故称之为乎不吸收，故称之为“大气窗口大气窗口”。这。这3 3个大气窗口对红

8、外技术个大气窗口对红外技术应用特别重要，红外仪器都工作在这应用特别重要，红外仪器都工作在这3 3个窗口之内。个窗口之内。mmm10.1.2 10.1.2 红外辐射的重要参数红外辐射的重要参数 1) 1) 辐射能辐射能Q Q以辐射的形式发射、传播或接收的能量称为辐射能。单位为焦以辐射的形式发射、传播或接收的能量称为辐射能。单位为焦耳耳(J)(J)。 2) 2) 辐射能通量辐射能通量单位时间内发射、传输或接收的辐射能称为辐射能通量，其单单位时间内发射、传输或接收的辐射能称为辐射能通量，其单位为瓦特位为瓦特(W)(W)：ddQt武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外

9、传感器红外传感器 3) 3) 辐射强度辐射强度I I点辐射源向各个方向发出辐射，在某一方向，在单位立体角内点辐射源向各个方向发出辐射，在某一方向，在单位立体角内发出的辐射能通量为，则辐射强度发出的辐射能通量为，则辐射强度I I为为ddI单位：瓦单位：瓦/ /球面度球面度(W(W/ /Sr)Sr)。 4) 4) 辐射出射度辐射出射度M M指辐射源单位发射面积发出的辐射能通量，即指辐射源单位发射面积发出的辐射能通量，即ddMS单位单位: :瓦瓦/ /米米2 2(W(W/ /m m2 2) )。 5) 5) 辐射亮度辐射亮度L L和光谱辐射亮度和光谱辐射亮度为了表征具有有限尺寸辐射源辐射能通量的空间

10、发布，采用辐射为了表征具有有限尺寸辐射源辐射能通量的空间发布，采用辐射亮度这样一个辐射量。亮度这样一个辐射量。L武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 如图，单位面积为如图，单位面积为d dS S的辐射面，在的辐射面，在和表面法线和表面法线N N成成 角方向，在单位立体角角方向，在单位立体角 内发出的辐射能通量为内发出的辐射能通量为 ，则辐射亮度，则辐射亮度L L为为dddcos d dLS单位：瓦单位：瓦/(/(球面度球面度米米2 2)W/(Sr)W/(Srm m2 2)。 辐射亮度实际上是包括所有波长的辐射能量。如果是辐射光谱辐射亮度实际上

11、是包括所有波长的辐射能量。如果是辐射光谱中某一波长的辐射能量，则称为在此波长下的光谱辐射亮度中某一波长的辐射能量，则称为在此波长下的光谱辐射亮度 。L对于朗伯特辐射体对于朗伯特辐射体( (也称余弦辐射体也称余弦辐射体) )，其在各个方向的辐射亮，其在各个方向的辐射亮度都相等，且有度都相等，且有 。实际辐射物体一般都可以看作朗伯。实际辐射物体一般都可以看作朗伯特辐射体。特辐射体。ML 武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器10.1.3 10.1.3 黑体、白体和透明体黑体、白体和透明体 1. 1. 辐射能的分配辐射能的分配当物体接收到辐射能以后，

12、根据物体本身的当物体接收到辐射能以后，根据物体本身的性质，会发生部分能量吸收、透射和反射的性质，会发生部分能量吸收、透射和反射的现象，如图所示现象，如图所示, ,有有ADR1QQQQQQ式中：式中：a为吸收率，表示吸收的能量所占的比率；为吸收率，表示吸收的能量所占的比率； 为透射率，为透射率，表示透射的能量所占的比率；表示透射的能量所占的比率； 为反射率，表示反射的能量所为反射率，表示反射的能量所占的比率。占的比率。 2. 2. 黑体黑体当当QA/Q=a=1时，则时，则 =0， =0。这说明照射到物体上的辐射。这说明照射到物体上的辐射能全部被吸收，既无反射也无透射，具有这种性质的物体称能全部被

13、吸收，既无反射也无透射，具有这种性质的物体称为为“绝对黑体绝对黑体”或简称为或简称为“黑体黑体”。 武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器在自然界中黑体是不存在的，但可以在自然界中黑体是不存在的，但可以人为制造近似的黑体，如图所示。人为制造近似的黑体，如图所示。 3. 3. 透明体透明体当当QD/Q= =1时，说明照射到物体上的辐时，说明照射到物体上的辐射能全部透射过去，既无吸收又无反射。射能全部透射过去，既无吸收又无反射。具有这种性质的物体称为透明体。具有这种性质的物体称为透明体。 4. 4. 白体白体当当Q QR R/ /Q Q= =1=

14、=1时，说明照射到物体上的辐射能全部被反射出去。时，说明照射到物体上的辐射能全部被反射出去。若物体表面平整光滑，反射具有一定规律，则该物体称之为若物体表面平整光滑，反射具有一定规律，则该物体称之为“镜体镜体”；若反射无一定规律，则该物体称为；若反射无一定规律，则该物体称为“绝对白体绝对白体”或简称为或简称为“白体白体”。武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器10.1.4 10.1.4 红外辐射的基本定律红外辐射的基本定律 1. 1. 基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律( (简称基氏定律简称基氏定律) )是物体热辐射的基本定律，它建

15、是物体热辐射的基本定律，它建立了理想黑体和实际物体辐射之间的关系。基尔霍夫定律表明：立了理想黑体和实际物体辐射之间的关系。基尔霍夫定律表明：各物体的辐射出射度和吸收率的比值都相同，它和物体的性质各物体的辐射出射度和吸收率的比值都相同，它和物体的性质无关，是物体的温度无关，是物体的温度T T和发射波长的函数。即：和发射波长的函数。即：012012( , )( , )( , )( , )( , )( , )( , )MTMTMTfTTTT 式中：式中：M0( ,T)，M1( ,T)，M2( ,T)，分别为物体分别为物体A0，A1，A2，的单色的单色( )( )辐射出射度；辐射出射度；0( ,T)，

16、1( ,T)，2( ,T)，分别为物体分别为物体A0，A1，A2，的单色的单色( )( )吸收率。吸收率。若物体若物体A A0 0是绝对黑体，则其单色吸收率是绝对黑体，则其单色吸收率0 0( ,( ,T T)=1)=1，则任意物，则任意物体体A A的辐射出射度的辐射出射度M M( ,( ,T T) )与黑体的辐射出射度与黑体的辐射出射度M M0 0( ,( ,T T) )之比为之比为0( , )( , )( , )( , )MTTTMT 单色黑度系数单色黑度系数 武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器在全波长内，任何物体的全辐射出射度等于单波长

17、的辐射在全波长内，任何物体的全辐射出射度等于单波长的辐射出射度在全波长内的积分，即出射度在全波长内的积分，即 基氏定律的基氏定律的积分形式积分形式 00000,d( ),d( ),dTMTM TTMTMT M M( (T T) )为物体为物体A A在温度在温度T T下的全辐射出射度；下的全辐射出射度；M M0 0( (T T) )为黑体在温度为黑体在温度T T下下的全辐射出射度；的全辐射出射度； 为物体为物体A A的的全发射率全发射率，或称，或称全辐射黑度系数全辐射黑度系数。它表明了在一定的温度它表明了在一定的温度T T下，物体下，物体A A的辐射出射度与相同温度下黑的辐射出射度与相同温度下黑

18、体的辐射出射度之比。一般物体的体的辐射出射度之比。一般物体的 1 1， 越接近越接近1 1，表明它与，表明它与黑体的辐射能力越接近。黑体的辐射能力越接近。 TTT比较教材表比较教材表10-110-1所列所列材料的单色发射率和全发射率，你能得出材料的单色发射率和全发射率，你能得出怎样的结论怎样的结论 武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器2. 2. 黑体辐射定律黑体辐射定律 1) 1) 普朗克定律普朗克定律( (单色辐射强度定律单色辐射强度定律) )在基尔霍夫定律式在基尔霍夫定律式(10-6)(10-6)中，中，f( ,T)的函数形式是怎样的？普

19、的函数形式是怎样的？普朗克用量子学说建立了数学关系式，并得到了实验验证。普朗朗克用量子学说建立了数学关系式，并得到了实验验证。普朗克建立的黑体的光谱辐射出射度克建立的黑体的光谱辐射出射度M0( ,T)计算公式为计算公式为25101( , )(e1)CTMTC式中：式中：C C1 1为第一辐射常数，为第一辐射常数，C C1 1=3.74=3.7410104 4 W W 4 4/cm/cm2 2；C C2 2为第二为第二辐射常数，辐射常数，C C2 2=1.44=1.4410104 4 K K；T T为黑体绝对温度为黑体绝对温度(K)(K)。mm由上式可算出不同波长和温度时黑体的光谱辐射出射度由上

20、式可算出不同波长和温度时黑体的光谱辐射出射度M M0( ,0( ,T T) )，如图，如图10.410.4所示。从图中曲线可以得出黑体辐射的所示。从图中曲线可以得出黑体辐射的几个特性：几个特性：武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 (1) (1) 总的辐射出射度是随温度的升高总的辐射出射度是随温度的升高而迅速增加的，温度越高则光谱辐射出而迅速增加的，温度越高则光谱辐射出射度越大。射度越大。 (2) (2) 当温度一定时，光谱辐射出射度当温度一定时，光谱辐射出射度随波长的不同按一定的规律变化，曲线随波长的不同按一定的规律变化，曲线有一个极大值，

21、其波长定义为有一个极大值，其波长定义为 ，当波，当波长小于长小于 时，辐射出射度随波长增加而时，辐射出射度随波长增加而增加，当波长大于增加，当波长大于 时，变化规律相反。时，变化规律相反。(3) (3) 当温度增加时，光谱辐射出射度的当温度增加时，光谱辐射出射度的峰值波长会向短波方向移动。物体的辐峰值波长会向短波方向移动。物体的辐射亮度增加，发光颜色也改变。射亮度增加，发光颜色也改变。普朗克公式虽然结构较复杂，但它对于普朗克公式虽然结构较复杂，但它对于低温与高温段都是适用的。低温与高温段都是适用的。mmm武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器

22、2) 2) 维恩公式维恩公式当当 时，则有时，则有 ，可得到维恩公式，可得到维恩公式2TC2e1CT2501( , )eCTMTC-维恩公式比普朗克公式简单，但仅适用于不超过维恩公式比普朗克公式简单，但仅适用于不超过30003000 K K的温度的温度范围，辐射波长在范围，辐射波长在0.40.40.75 0.75 之间。当温度超过之间。当温度超过30003000 K K时，时，与实验结果就有较大偏差。与实验结果就有较大偏差。m从维恩公式可以看出，黑体的辐射本领是波长和温度的函数，从维恩公式可以看出，黑体的辐射本领是波长和温度的函数，当波长一定时，黑体的辐射本领就仅仅是温度的函数，这就是当波长一

23、定时，黑体的辐射本领就仅仅是温度的函数，这就是单色辐射式测温单色辐射式测温和和比色测温比色测温的理论依据。的理论依据。武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 3) 3) 斯蒂芬斯蒂芬- -玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律( (全辐射强度定律，也称为四次全辐射强度定律，也称为四次方定律方定律) )对黑体对黑体光谱辐射出射度光谱辐射出射度M M0 0( ,( ,T T) )式在全波长范围式在全波长范围(0(0，)积分积分可得：可得：254514400123002( )=( , )d(e1) d15CTkMTMTCTTc h 为 黑 体 辐 射 常 数 或

24、称 斯 蒂 芬为 黑 体 辐 射 常 数 或 称 斯 蒂 芬 - - 玻 尔 兹 曼 常 数 ，玻 尔 兹 曼 常 数 ， =5.66961=5.669611010-3-3 W/(mW/(m2 2K K4 4) )。斯蒂芬斯蒂芬- -玻尔兹曼定律指出：温度为玻尔兹曼定律指出：温度为T T的绝对黑体，单位面积的绝对黑体，单位面积元在半球方向所发射的全部波长的辐射出射度与温度元在半球方向所发射的全部波长的辐射出射度与温度T T的四的四次方成正比。上式就是次方成正比。上式就是全辐射式测温全辐射式测温的理论依据。的理论依据。武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器

25、红外传感器10.2 10.2 红外传感器红外传感器 红外传感器是将红外辐射能量的变化转换为电量变化的一种红外传感器是将红外辐射能量的变化转换为电量变化的一种传感器，也常称为红外探测器。它是红外探测系统的核心，它传感器，也常称为红外探测器。它是红外探测系统的核心，它的性能好坏，将直接影响系统性能的优劣。选择合适的、性能的性能好坏，将直接影响系统性能的优劣。选择合适的、性能良好的红外传感器，对于红外探测系统是十分重要的。良好的红外传感器，对于红外探测系统是十分重要的。 按探测机理的不同，红外传感器分为按探测机理的不同，红外传感器分为热传感器热传感器和和光子传感器光子传感器两大类。两大类。光电导传感

26、器光生伏特传感器红外光子传感器光电子发射传感器光磁电传感器红外传感器热电偶型红外热传感器 热敏电阻型热释电型武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 红外光子传感器的工作原理是基于红外光子传感器的工作原理是基于光电效应光电效应。其主要。其主要特点特点是灵敏度高，响应速度快，响应频率高。但红外光子传感器一是灵敏度高，响应速度快，响应频率高。但红外光子传感器一般需在低温下才能工作，故需要配备液氦、液氮制冷设备。此般需在低温下才能工作，故需要配备液氦、液氮制冷设备。此外，光子传感器有确定的响应波长范围，探测波段较窄。外，光子传感器有确定的响应波长范围，

27、探测波段较窄。 红外热传感器的工作是利用红外热传感器的工作是利用辐射热效应辐射热效应。探测器件接收辐射。探测器件接收辐射能后引起温度升高，再由接触型测温元件测量温度改变量，从能后引起温度升高，再由接触型测温元件测量温度改变量，从而输出电信号。与光子传感器相比，热传感器的探测率比光子而输出电信号。与光子传感器相比，热传感器的探测率比光子传感器的峰值探测率低，响应速度也慢得多。但热传感器光谱传感器的峰值探测率低，响应速度也慢得多。但热传感器光谱响应宽而且平坦，响应范围可扩展到整个红外区域，并且在常响应宽而且平坦，响应范围可扩展到整个红外区域，并且在常温下就能工作，使用方便，应用仍相当广泛。温下就能

28、工作，使用方便，应用仍相当广泛。10.2.1 10.2.1 红外光子传感器红外光子传感器 红外光子传感器是利用某些半导体材料在红外辐射的照射下，红外光子传感器是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，就可以确定红外辐射的强弱。质的变化，就可以确定红外辐射的强弱。武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 按照红外光子传感器的工作原理，一般分为按照红外光子传感器的工作原理，一般分为外光电效应外光电效应和和内光电效应内光电效应传感器两种。

29、内光电效应传感器又分为传感器两种。内光电效应传感器又分为光电导光电导传感传感器、器、光生伏特光生伏特( (简称光伏简称光伏) )传感器和传感器和光磁电光磁电传感器传感器3 3种。种。 (1) (1) 大部分外光电传感器只对大部分外光电传感器只对可见光可见光有响应。可用于红外辐有响应。可用于红外辐射的光电阴极很少。射的光电阴极很少。S S- -1 1( (AgAg- -O O- -CsCs) )是一种。它的峰值响应波长是一种。它的峰值响应波长是是0.8 0.8 ，光谱响应扩展到，光谱响应扩展到1.2 1.2 。目前外光电效应探测器只。目前外光电效应探测器只用于可见光和用于可见光和近红外近红外波长

30、范围。波长范围。mm (2) (2) 光电导探测器利用半导体作材料，可以分为光电导探测器利用半导体作材料，可以分为多晶薄膜多晶薄膜形形式和式和单晶单晶形式两种类型。薄膜型的光电导探测器品种较少，形式两种类型。薄膜型的光电导探测器品种较少，常用的只有常用的只有PbSPbS和和PbSePbSe两种。两种。PbSPbS适用于适用于1 13 3 近红外附近的近红外附近的大气窗口。大气窗口。PbSePbSe适用于适用于3 35 5 的大气窗口。的大气窗口。mm武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 (3) (3) 光伏探测器按使用要求不同可分为两类，一类

31、是用作能光伏探测器按使用要求不同可分为两类，一类是用作能量转换和光电控制，如光电池；另一类是主要作为光电信号变量转换和光电控制，如光电池；另一类是主要作为光电信号变换的光伏器件，如光敏二极管、光敏晶体管、雪崩光敏二极管、换的光伏器件，如光敏二极管、光敏晶体管、雪崩光敏二极管、光伏光伏HgCdTeHgCdTe和和PbSnTePbSnTe红外探测器。红外探测器。 单晶型的光电导探测器可再细分为单晶型的光电导探测器可再细分为本征型本征型和和掺杂型掺杂型两类。本两类。本征型中征型中InSbInSb是是3 35 5 区间最优良的探测器，区间最优良的探测器，HgCdTeHgCdTe和和PbSnTePbSn

32、Te探探测器适用于测器适用于8 814 14 大气窗口。此外还有适用于极近红外的大气窗口。此外还有适用于极近红外的SiSi与适用于与适用于1 14 4 的的TeTe等探测器。等探测器。掺杂型主要为适用于掺杂型主要为适用于8 814 14 的的GeGeHgHg。此外，。此外，GeGeCuCu和和GeGeCdCd虽能探测波长更长的红外辐射，但工作时必须冷却到虽能探测波长更长的红外辐射，但工作时必须冷却到4 4 K K，使，使用不方便。此外用不方便。此外SiSi掺杂的探测器近来亦有较大的进展。掺杂的探测器近来亦有较大的进展。mmmm光电池工作时不必加偏置电压，材料都采用单晶。常用的单晶材料光电池工作

33、时不必加偏置电压，材料都采用单晶。常用的单晶材料有有Si(Si(响应区间约响应区间约0.50.51.51.5微米微米) )、Ge(Ge(峰值响应波长约为峰值响应波长约为1.51.5微米微米) )、室温工作的室温工作的TnSb(1TnSb(13.83.8微米微米) )、77K77K温度工作的温度工作的InAs(1InAs(13.53.5微米微米) )、7777 K K温度工作的温度工作的InSb(2InSb(25.85.8微米微米) )等。等。m武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 硅光敏二极管是一种常用光电探测器，其光谱范围在硅光敏二极管是一

34、种常用光电探测器，其光谱范围在0.40.41.1 1.1 ，峰值波长为，峰值波长为0.9 0.9 ，主要用于可见光和近红外探测。，主要用于可见光和近红外探测。mmPbPb1-x1-xSnSnx xTeTe红外探测器可以通过改变其组分红外探测器可以通过改变其组分x x和器件工作温度来和器件工作温度来得到不同的光谱响应，通常的工作温度可以有得到不同的光谱响应，通常的工作温度可以有1515 K K、7777 K K等，等，其光谱响应范围是其光谱响应范围是8 814 14 。HgCdTeHgCdTe和和PbSnTePbSnTe除了有单元器件外，还可制作线阵和面阵器件，除了有单元器件外，还可制作线阵和面

35、阵器件，它是当前红外成像系统中重要的光探测器。它是当前红外成像系统中重要的光探测器。m PIN PIN硅光敏二极管的频率响应很高，达吉赫硅光敏二极管的频率响应很高，达吉赫(GHz)(GHz)量级，其峰量级，其峰值响应波长在值响应波长在1.041.041.06 1.06 之间。之间。m 目前制作的光伏目前制作的光伏HgCdTeHgCdTe红外探测器可分别工作于室温红外探测器可分别工作于室温(300(300 K)K)和液氮和液氮(77(77 K)K)温区，其响应波长可覆盖温区，其响应波长可覆盖1 114 14 。工作于。工作于7777 K K的的HgCdTeHgCdTe工作波段为工作波段为8 81

36、4 14 ，峰值响应波长为，峰值响应波长为10.6 10.6 左右。左右。mmm武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 (4) (4) 光磁电传感器的工作原理是光磁电传感器的工作原理是光磁电效应，如图所示。半导体的上光磁电效应，如图所示。半导体的上表面吸收光子后在上表面产生的电子表面吸收光子后在上表面产生的电子- -空穴对要向体内扩散。在扩散过程中，空穴对要向体内扩散。在扩散过程中，因受到强磁场的作用，电子和空穴各因受到强磁场的作用，电子和空穴各偏向一侧，因而产生电位差。这个现偏向一侧，因而产生电位差。这个现象就叫做象就叫做光磁电效应光磁电效应

37、。利用这个效应。利用这个效应测量红外辐射的探测器称为光磁电探测量红外辐射的探测器称为光磁电探测器。常用的材料有测器。常用的材料有InSbInSb与与HgTeHgTe等。等。 光磁电传感器的主要优点是不需要致冷设备和外加电源，光磁电传感器的主要优点是不需要致冷设备和外加电源，但灵敏度比光导型和光伏型器件低，且需要外加强磁场。但灵敏度比光导型和光伏型器件低，且需要外加强磁场。武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 10.2.2 10.2.2 红外热传感器红外热传感器 热探测器吸收红外辐射后温度升高，可以使探测材料产生温热探测器吸收红外辐射后温度升高

38、，可以使探测材料产生温差电动势、电阻率变化、自发极化强度变化等，测量这些物理差电动势、电阻率变化、自发极化强度变化等，测量这些物理性能的变化就可以测定被吸收的红外辐射能量或功率。性能的变化就可以测定被吸收的红外辐射能量或功率。 1. 1. 测辐射热电偶和热电堆测辐射热电偶和热电堆 测辐射热电偶是利用温差电效应制成的红外探测器。所谓温测辐射热电偶是利用温差电效应制成的红外探测器。所谓温差电效应是指把两种不同的金属或半导体细丝连接成一个封闭差电效应是指把两种不同的金属或半导体细丝连接成一个封闭环路，当一个接头吸收红外辐射因而它的温度高于另一个接头环路，当一个接头吸收红外辐射因而它的温度高于另一个接

39、头时，环内就产生电动势，从电动势的大小可以测定接头处所吸时，环内就产生电动势，从电动势的大小可以测定接头处所吸收的红外辐射功率。收的红外辐射功率。 若干个热电偶串接在一起就成为热电堆。若干个热电偶串接在一起就成为热电堆。 武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 图示为一种热电堆探测器，共图示为一种热电堆探测器，共有有8 8支串联的热电偶，支串联的热电偶，8 8支热电偶的支热电偶的热端焊接在镀有一薄层黑色的铂黑热端焊接在镀有一薄层黑色的铂黑受热片上，热电偶的冷端焊在一个受热片上，热电偶的冷端焊在一个金属箔上，金属箔固定在两片绝缘金属箔上，金属箔固

40、定在两片绝缘绝热的云母环中间，云母环固定有绝热的云母环中间，云母环固定有引出线，从引出线上可以得到引出线，从引出线上可以得到8 8支支热电偶热电动势的和。这种热电堆热电偶热电动势的和。这种热电堆能量损失小，具有较小的热惯性和能量损失小，具有较小的热惯性和较高的灵敏度。较高的灵敏度。 温差电偶型探测器的探测率可达温差电偶型探测器的探测率可达 ，响应时，响应时间约间约303050 ms50 ms，目前生产的红外分光光度计大多采用温差电，目前生产的红外分光光度计大多采用温差电偶型探测器作为辐射接收器。偶型探测器作为辐射接收器。91 211.4 10 cmHz W武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机

41、电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 2. 2. 测辐射热敏电阻测辐射热敏电阻测辐射热敏电阻是利用材料的电阻对温度敏感的特性来探测红测辐射热敏电阻是利用材料的电阻对温度敏感的特性来探测红外辐射的器件。通常采用负温度系数氧化物半导体作为热敏材外辐射的器件。通常采用负温度系数氧化物半导体作为热敏材料。图示为测辐射热敏电阻的结构示意图。料。图示为测辐射热敏电阻的结构示意图。热敏电阻薄片的厚度约热敏电阻薄片的厚度约10 10 ，形状呈方形或长方形，边长从，形状呈方形或长方形，边长从0.10.1 mmmm到到1010 mmmm，形状和大小根据实际需要确定。电阻值一般在，形状和大小根据实际需

42、要确定。电阻值一般在几百千欧到几兆欧之间，电阻值取决于材料的电阻率和元件的几百千欧到几兆欧之间，电阻值取决于材料的电阻率和元件的几何尺寸。热敏电阻薄片的两端蒸镀电极并接引线，上表面常几何尺寸。热敏电阻薄片的两端蒸镀电极并接引线，上表面常涂有黑化层，以便增加对入射辐照的吸收，吸收率可以达到涂有黑化层，以便增加对入射辐照的吸收，吸收率可以达到90%90%左右。左右。m武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 典型的测辐射热敏电阻通常将结构和性能相同的两只热敏典型的测辐射热敏电阻通常将结构和性能相同的两只热敏电阻组装在同一个管壳内，如图所示。其中，一只

43、用来接收电阻组装在同一个管壳内，如图所示。其中，一只用来接收红外辐射能量，称为工作元件，另一只被屏蔽起来不接收红红外辐射能量，称为工作元件，另一只被屏蔽起来不接收红外辐射能，称为补偿元件，它能起温度补偿作用。两只元件外辐射能，称为补偿元件，它能起温度补偿作用。两只元件尽可能靠得近些，以便保证有相同的环境条件。测量电路常尽可能靠得近些，以便保证有相同的环境条件。测量电路常用电桥电路。用电桥电路。武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 测辐射热敏电阻测辐射热敏电阻技术性能并不高技术性能并不高，其，其探测率探测率在调制频率在调制频率小于小于3030

44、HzHz的低频区一般为的低频区一般为 ，这比热电堆的探，这比热电堆的探测率约低一个数量级，比热释电探测器低一个数量级以上。测率约低一个数量级，比热释电探测器低一个数量级以上。热敏电阻的热敏电阻的时间常数时间常数一般为几毫秒几十毫秒，远不如热释一般为几毫秒几十毫秒，远不如热释电探测器响应快。但测辐射热敏电阻的稳定性好，又比较牢电探测器响应快。但测辐射热敏电阻的稳定性好，又比较牢固，容易与放大器匹配，且是一种对各种波长都有相同响应固，容易与放大器匹配，且是一种对各种波长都有相同响应的无选择性探测器件，在的无选择性探测器件，在1 115 15 的常用红外波段内响应度的常用红外波段内响应度基本上与波长

45、无关，这是光子探测器所达不到的。目前基本上与波长无关，这是光子探测器所达不到的。目前热敏热敏电阻在电阻在8 814 14 波段应用很广波段应用很广，所以它在基础科学研究、工，所以它在基础科学研究、工业及空间技术等方面仍有相当数量的应用。例如在测辐射计、业及空间技术等方面仍有相当数量的应用。例如在测辐射计、热成象仪和工业生产的自动控制等若干装置中都可以使用热热成象仪和工业生产的自动控制等若干装置中都可以使用热敏电阻。敏电阻。m81 212 10 cmHz Wm武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 3. 3. 热释电探测器热释电探测器 热释电红外

46、探测器是一种新型的热探测器，它是利用某些热释电红外探测器是一种新型的热探测器，它是利用某些材料的热释电效应探测辐射能量的器件。由于热释电信号正材料的热释电效应探测辐射能量的器件。由于热释电信号正比于器件温升随时间的变化率，而不像通常热探测器那样需比于器件温升随时间的变化率，而不像通常热探测器那样需要有个热平衡过程，因此，热释电探测器的响应速度比其他要有个热平衡过程，因此，热释电探测器的响应速度比其他热探测器快得多。它不但可以工作于低频，而且能工作于高热探测器快得多。它不但可以工作于低频，而且能工作于高频 ， 目 前 最 好 的 热 释 电 探 测 器 的 探 测 率 可 以 高频 ， 目 前

47、最 好 的 热 释 电 探 测 器 的 探 测 率 可 以 高达达 ，已经超过了所有的室温热探测器。因而，已经超过了所有的室温热探测器。因而热热释电探侧器不仅具有室温工作、光谱响应宽等热探测器的共释电探侧器不仅具有室温工作、光谱响应宽等热探测器的共同优点，而且也是探测率最高、频率响应最宽的热探测器同优点，而且也是探测率最高、频率响应最宽的热探测器。随着热释电探测器研究的不断深入和发展，其应用也日趋广随着热释电探测器研究的不断深入和发展，其应用也日趋广泛，不仅应用于光谱仪、红外测温仪、热像仪和红外摄像管泛，不仅应用于光谱仪、红外测温仪、热像仪和红外摄像管等方面，而且在快速激光脉冲监测和红外遥感技

48、术中也得到等方面，而且在快速激光脉冲监测和红外遥感技术中也得到了实际应用。了实际应用。91 215 10 cmHz W武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 1) 1) 热释电效应热释电效应 热释电探测器所用材料为热释电探测器所用材料为热电晶体热电晶体，如硫酸三甘肽，如硫酸三甘肽(TGS)(TGS)、铌酸锶钡铌酸锶钡(SBN)(SBN)、钽酸锂、铌酸锂等。、钽酸锂、铌酸锂等。热电晶体热电晶体：在具有非中心对称结构的极性晶体中，即使在外电场和：在具有非中心对称结构的极性晶体中，即使在外电场和应力均为零的情况下，本身也具有自发极化，自发极化强度应力

49、均为零的情况下，本身也具有自发极化，自发极化强度P Ps s是温是温度的函数度的函数, ,即温度升高时，即温度升高时，P Ps s减小，当温度高于居里温度时，减小，当温度高于居里温度时，P Ps s=0=0。具有这种性质的晶体称为热电晶体。具有这种性质的晶体称为热电晶体。 热释电效应热释电效应：由于自发极化，热电晶体的外表面上应出现面束缚：由于自发极化，热电晶体的外表面上应出现面束缚电荷，在垂直于电荷，在垂直于P Ps s的晶体表面上面束缚电荷密度的晶体表面上面束缚电荷密度 = =P Ps s。但平时这些。但平时这些面束缚电荷常被晶体内部和外来的自由电荷所中和，因此晶体并不面束缚电荷常被晶体内

50、部和外来的自由电荷所中和，因此晶体并不显出外电场。但是由于自由电荷中和面束缚电荷所需要的时间很长，显出外电场。但是由于自由电荷中和面束缚电荷所需要的时间很长，大约从数秒到数小时，而晶体的自发极化的弛豫时间很短，约为大约从数秒到数小时，而晶体的自发极化的弛豫时间很短，约为1010-12-12 s s，因此，当热电晶体温度以一定频率发生变化时，由于面束，因此，当热电晶体温度以一定频率发生变化时，由于面束缚电荷来不及被中和，晶体的自发极化强度或面束缚电荷密度缚电荷来不及被中和，晶体的自发极化强度或面束缚电荷密度 必必然以同样的频率出现周期性变化，并产生一个交变的电场。这种现然以同样的频率出现周期性变

51、化，并产生一个交变的电场。这种现象就是热释电效应。象就是热释电效应。ss武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 工作原理工作原理：若用调制频率为：若用调制频率为f的红外辐射照射热电晶体，的红外辐射照射热电晶体，则晶体温度、自发极化强度以及由此引起的面束缚电荷密度则晶体温度、自发极化强度以及由此引起的面束缚电荷密度均随频率均随频率f发生周期性变化。如果发生周期性变化。如果1/f小于自由电荷中和面束缚小于自由电荷中和面束缚电荷所需要的时间，那么在垂直于电荷所需要的时间，那么在垂直于Ps的两端面间产生交变开的两端面间产生交变开路电压。若在这二个端面涂

52、上电极，并通过负载连成闭合回路电压。若在这二个端面涂上电极，并通过负载连成闭合回路，在回路中就会有电流流过，而且在负载的两端产生交变路，在回路中就会有电流流过，而且在负载的两端产生交变的信号电压。这就是热释电探测器工作的基本原理。的信号电压。这就是热释电探测器工作的基本原理。2) 2) 热释电红外传感器的结构热释电红外传感器的结构武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器热释电传感器结构示意热释电传感器结构示意 热释电传感器内部电路结构热释电传感器内部电路结构 武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器

53、 热释电传感器按其内部安装敏感元件数量的多少，分为单热释电传感器按其内部安装敏感元件数量的多少，分为单元件、双元件、四元件及特殊形式等几种。最常用的为双元件元件、双元件、四元件及特殊形式等几种。最常用的为双元件型，如图所示。所谓双元件是指在一个传感器中有两个反相串型，如图所示。所谓双元件是指在一个传感器中有两个反相串联的敏感元件，双元件传感器有如下优点：联的敏感元件，双元件传感器有如下优点：(1) (1) 当能量顺序地入射到两个当能量顺序地入射到两个元件上时，其输出要比单元件元件上时，其输出要比单元件器件高一倍；器件高一倍；(2) (2) 由于两个元件逆向串联使由于两个元件逆向串联使用，对同时

54、输入的能量会相互用，对同时输入的能量会相互抵消，由此可防止太阳的红外抵消，由此可防止太阳的红外线引起的误动作；线引起的误动作；(3) (3) 可以防止由于环境温度变可以防止由于环境温度变化引起的检测误差。化引起的检测误差。武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 3) 3) 热释电探测器的特点热释电探测器的特点(1) (1) 在室温下即可正常工作，在室温下即可正常工作，无需致冷。无需致冷。(2) (2) 使用温度必须低于热释电使用温度必须低于热释电元件材料的居里点温度。如硫元件材料的居里点温度。如硫酸三甘肽酸三甘肽(TGS)(TGS)的居里点温度

55、为的居里点温度为4949、钽酸锂为、钽酸锂为660660、锆钛酸、锆钛酸铅铅(PZT)(PZT)为为360360。(3) (3) 对恒定辐照无响应。只有对恒定辐照无响应。只有在变化辐照下，产生温度变化在变化辐照下，产生温度变化过程中，才有热释电电流输出。过程中，才有热释电电流输出。因此使用时必须用调制斩波器因此使用时必须用调制斩波器将入射辐照变换为交流信号，将入射辐照变换为交流信号，或使用脉冲光辐射。或使用脉冲光辐射。热释电传感器实物热释电传感器实物 武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器10.3 10.3 红外传感器的主要性能参数红外传感器的

56、主要性能参数 1. 1. 响应率响应率 当经过调制的红外辐射照射到传感器的敏感面上时，传感当经过调制的红外辐射照射到传感器的敏感面上时，传感器的输出电压与输入红外辐射功率之比，称为传感器的响应器的输出电压与输入红外辐射功率之比，称为传感器的响应率，记作率，记作R R，单位为，单位为V/WV/W或或 。V/ Ws00URP A式中：式中：U Us s为红外传感器的输出电压为红外传感器的输出电压(V)(V)；P P0 0为入射到红外敏感为入射到红外敏感元件单位面积上的功率元件单位面积上的功率(W/cm(W/cm) )；A A0 0为红外传感器敏感元件的为红外传感器敏感元件的面积面积(cm(cm)

57、)。 2. 2. 时间常数时间常数 时间常数表示红外传感器的输出信号随红外辐射变化的速率。时间常数表示红外传感器的输出信号随红外辐射变化的速率。输出信号滞后于红外辐射的时间，称为传感器的时间常数。输出信号滞后于红外辐射的时间，称为传感器的时间常数。武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器c12tf时间常数：时间常数：式中：式中：f fc c为响应率下降到最大值的为响应率下降到最大值的0.707(30.707(3 dB)dB)时的调制频率。时的调制频率。热传感器的热惯性和热传感器的热惯性和RCRC参数较大，其时间常数大于光子传感器，一参数较大，其时

58、间常数大于光子传感器，一般为毫秒级或更长，光子传感器的时间常数很小，一般为微秒级。般为毫秒级或更长，光子传感器的时间常数很小，一般为微秒级。 3. 3. 响应波长范围响应波长范围响应波长范围或称光谱响应，表示传感器的响应波长范围或称光谱响应，表示传感器的电压响应率与入射红外辐射波长之间的关系。电压响应率与入射红外辐射波长之间的关系。由于热传感器的电压响应率与波长无关，它由于热传感器的电压响应率与波长无关，它的响应曲线是一条平行于横坐标的响应曲线是一条平行于横坐标( (波长波长) )的直的直线。而光子传感器的电压响应率是波长的函线。而光子传感器的电压响应率是波长的函数，因此是一条随波长变化的曲线

59、，如图所数，因此是一条随波长变化的曲线，如图所示，存在峰值波长示，存在峰值波长( )( )，把响应率下降到最，把响应率下降到最大值的一半所对应的波长称为截止波长大值的一半所对应的波长称为截止波长( )( )，截止波长的区间表示了红外传感器响应波长截止波长的区间表示了红外传感器响应波长的范围。的范围。mc武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 4 4噪声等效功率噪声等效功率 由于探测器存在噪声，所以不能无限地测量小的辐射信号，当由于探测器存在噪声，所以不能无限地测量小的辐射信号，当辐射小到它在探测器上产生的信号完全被探测器的噪声所淹没时，辐射小到

60、它在探测器上产生的信号完全被探测器的噪声所淹没时，这时探测器就无法肯定是否有辐射信号投射在探测器上，探测器这时探测器就无法肯定是否有辐射信号投射在探测器上，探测器探测辐射的能力就有了一个限度，通常我们用噪声等效功率探测辐射的能力就有了一个限度，通常我们用噪声等效功率NEPNEP来表征探测器的这个特征。来表征探测器的这个特征。 当辐射在探测器上产生的信号电压正好等于探测器本身的噪声当辐射在探测器上产生的信号电压正好等于探测器本身的噪声电压值电压值( (即信号噪声比为即信号噪声比为1)1)时，所需投射到探测器上的辐射功率称时，所需投射到探测器上的辐射功率称为探测器的噪声等效功率，即为探测器的噪声等

61、效功率，即00NsNNEPP AUU UR式中：式中：P P0 0为入射到红外敏感元件单位面积上的功率为入射到红外敏感元件单位面积上的功率(W/cm(W/cm) )；A A0 0为为红外传感器敏感元件的面积红外传感器敏感元件的面积(cm(cm) )；U Us s为红外传感器的输出电压为红外传感器的输出电压(V)(V)；U UN N为红外传感器的综合噪声电压为红外传感器的综合噪声电压(V)(V)；R R为红外传感器的电压响应为红外传感器的电压响应率率(V/W)(V/W)。武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 5. 5. 探测率探测率探测率是噪声

62、等效功率探测率是噪声等效功率NEPNEP的倒数，以的倒数，以D D表示，单位为表示，单位为W W-1-1，即，即N1NEPRDU红外传感器的探测率越高，表明传感器所能探测到的最小辐射红外传感器的探测率越高，表明传感器所能探测到的最小辐射功率越小，传感器就越灵敏。功率越小，传感器就越灵敏。 6. 6. 比探测率比探测率 比探测率又称归一化探测率，或称探测灵敏度。实质上就是比探测率又称归一化探测率，或称探测灵敏度。实质上就是当传感器的敏感元件面积为单位面积，放大器的带宽为当传感器的敏感元件面积为单位面积，放大器的带宽为1Hz1Hz时，时，单位功率的辐射所获得的信号电压与噪声电压之比，通常用符单位功

63、率的辐射所获得的信号电压与噪声电压之比，通常用符号号D*表示，单位是表示，单位是 ：1 21cmHzW0*00NNEPAfRDD AfAfU武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 由由D*的定义可知，比探测率与传感器的敏感元件面积和放的定义可知，比探测率与传感器的敏感元件面积和放大器的带宽无关。这样在不同的传感器对比时，就比较方便了。大器的带宽无关。这样在不同的传感器对比时，就比较方便了。在一般情况下，在一般情况下，D*越高，传感器的灵敏度越高、性能越好。越高，传感器的灵敏度越高、性能越好。目前已有许多品种的红外探测器目前已有许多品种的红外探测

64、器可供设计人员选择应用，探测的可供设计人员选择应用，探测的光谱覆盖区已扩大到光谱覆盖区已扩大到1 1120 120 。 m图示为常用红外探测器光谱探图示为常用红外探测器光谱探测率曲线。由图示曲线可以得测率曲线。由图示曲线可以得出红外光子探测器和红外热探出红外光子探测器和红外热探测器各有哪些特点测器各有哪些特点武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器10.4 10.4 红外传感器应用举例红外传感器应用举例10.4.1 10.4.1 红外测温红外测温温度的测量方法可分为接触式测温和非接触式测温两类，测温温度的测量方法可分为接触式测温和非接触式测温两类

65、，测温传感器种类繁多红外测温是一种比较先进的测温方法，主要特传感器种类繁多红外测温是一种比较先进的测温方法，主要特点是：点是： (1) (1) 红外测温是远距离和非接触测温，特别适合于运动物体、红外测温是远距离和非接触测温，特别适合于运动物体、带电体、高温及高压物体的温度测量。带电体、高温及高压物体的温度测量。 (2) (2) 红外测温反应速度快，它不需要与物体达到热平衡的过程，红外测温反应速度快，它不需要与物体达到热平衡的过程，只要接收到目标的红外辐射即可定温。反应时间一般都在毫秒只要接收到目标的红外辐射即可定温。反应时间一般都在毫秒级甚至微秒级。级甚至微秒级。(3) (3) 红外测温灵敏度

66、高，因为物体的辐射能量与温度的四次红外测温灵敏度高，因为物体的辐射能量与温度的四次方成正比。物体温度微小的变化，就会引起辐射能量较大的方成正比。物体温度微小的变化，就会引起辐射能量较大的变化，红外探测器即可迅速地检测出来。变化，红外探测器即可迅速地检测出来。武汉理工大学机电工程学院武汉理工大学机电工程学院第第10 10章章 红外传感器红外传感器 (4) (4) 红外测温准确度较高，由于是非接触测量，不会破坏红外测温准确度较高，由于是非接触测量，不会破坏物体原来温度分布状况，因此测出的温度比较真实。测量准物体原来温度分布状况，因此测出的温度比较真实。测量准确度可达到确度可达到0.10.1，甚至更小。，甚至更小。 (5) (5) 红外测温范围广泛，可测摄氏零下几十度到零上几千红外测温范围广泛，可测摄氏零下几十度到零上几千度的温度范围。红外温度测量方法，几乎可以应用于所有温度的温度范围。红外温度测量方法，几乎可以应用于所有温度测量场合。度测量场合。 1. 1. 红外测温的基本方法红外测温的基本方法基于辐射体的温度与辐射能之间的不同物理定律的函数形式，基于辐射体的温度与辐射能之间的不同物理定律