常見光學傳感器原理
，深度講解

光柵傳感器

光柵式傳感器指采用光柵疊柵條紋原理測量位移的傳感器。

guangzhashiyoudaliangdengkuandengjianjudepingxingxiafenggouchengdeguangxueqijian。yibanchangyongdeguangzhashizaibolipianshangkechudaliangpingxingkehenzhicheng，kehenweibutouguangbufen，liangkehenzhijiandeguanghuabufenkeyitouguang，xiangdangyuyixiafeng。jingzhideguangzha，zai1cm寬度內刻有幾千條乃至上萬條刻痕。

這(zhe)種(zhong)利(li)用(yong)透(tou)射(she)光(guang)衍(yan)射(she)的(de)光(guang)柵(zha)稱(cheng)為(wei)透(tou)射(she)光(guang)柵(zha)
，還(hai)有(you)利(li)用(yong)兩(liang)刻(ke)痕(hen)間(jian)的(de)反(fan)射(she)光(guang)衍(yan)射(she)的(de)光(guang)柵(zha)
，如(ru)在(zai)鍍(du)有(you)金(jin)屬(shu)層(ceng)的(de)表(biao)麵(mian)上(shang)刻(ke)出(chu)許(xu)多(duo)平(ping)行(xing)刻(ke)痕(hen)，兩(liang)刻(ke)痕(hen)間(jian)的(de)光(guang)滑(hua)金(jin)屬(shu)麵(mian)可(ke)以(yi)反(fan)射(she)光(guang)，這(zhe)種(zhong)光(guang)柵(zha)成(cheng)為(wei)反(fan)射(she)光(guang)柵(zha)。由(you)光(guang)柵(zha)形(xing)成(cheng)的(de)疊(die)柵(zha)條(tiao)紋(wen)具(ju)有(you)光(guang)學(xue)放(fang)大(da)作(zuo)用(yong)和(he)誤(wu)差(cha)平(ping)均(jun)效(xiao)應(ying)，因(yin)而(er)能(neng)提(ti)高(gao)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)。

光柵傳感器由標尺光柵、指示光柵、光路係統和測量係統四部分組成。標尺光柵相對於指示光柵移動時

，便形成大致按正弦規律分布的明暗相間的疊柵條紋。

這些條紋以光柵的相對運動速度移動，並直接照射到光電元件上
，在它們的輸出端得到一串電脈衝
，通過放大、整形、辨向和計數係統產生數字信號輸出，直接顯示被測的位移量。

光柵傳感器的結構及工作原理：

光柵傳感器的結構均由光源
、主光柵、指示光柵、通光孔、光電元件這幾個主要部分構成。

1、光源：鎢絲燈泡，它有較小的功率，與光電元件組合使用時，轉換效率低，使用壽命短。半導體發光器件，如砷化镓發光二極管
，可以在 範圍內工作，所發光的峰值波長為 
，與矽光敏三極管的峰值波長接近，因此，有很高的轉換效率，也有較快的響應速度。

2

、光柵付：由柵距相等的主光柵和指示光柵組成。主光柵和指示光柵相互重疊，但又不完全重合。兩者柵線間會錯開一個很小的夾角 ，以(yi)便(bian)於(yu)得(de)到(dao)莫(mo)爾(er)條(tiao)紋(wen)。一(yi)般(ban)主(zhu)光(guang)柵(zha)是(shi)活(huo)動(dong)的(de)，它(ta)可(ke)以(yi)單(dan)獨(du)地(di)移(yi)動(dong)，也(ye)可(ke)以(yi)隨(sui)被(bei)測(ce)物(wu)體(ti)而(er)移(yi)動(dong)
，其(qi)長(chang)度(du)取(qu)決(jue)於(yu)測(ce)量(liang)範(fan)圍(wei)。指(zhi)示(shi)光(guang)柵(zha)相(xiang)對(dui)於(yu)光(guang)電(dian)器(qi)件(jian)而(er)固(gu)定(ding)。

3、通光孔：通tong光guang孔kong是shi發fa光guang體ti與yu受shou光guang體ti的de通tong路lu，一yi般ban為wei條tiao形xing狀zhuang，其qi長chang度du由you受shou光guang體ti的de排pai列lie長chang度du決jue定ding
，寬kuan度du由you受shou光guang體ti的de大da小xiao決jue定ding。它ta是shi帖tie在zai指zhi示shi光guang柵zha板ban上shang的de。

4、受光元件：受光元件是用來感知主光柵在移動時產生莫爾條紋的移動
，從而測量位移量。在選擇光敏元件時，要考慮靈敏度、響應時間、光譜特性、穩定性、體積等因素。

將主光柵與標尺光柵重疊放置，兩者之間保持很小的間隙，並使兩塊光柵的刻線之間有一個微小的夾角θ，如下圖所示。

當有光源照射時，由於擋光效應（對刻線密度≤50條／mm的光柵）或光的衍射作用（對刻線密度≥100條／mm的光柵）
，與光柵刻線大致垂直的方向上形成明暗相間的條紋。

在兩光柵的刻線重合處，光從縫隙透過，形成亮帶
；在兩光柵刻線的錯開的地方
，形成暗帶
；這些明暗相間的條紋稱為莫爾條紋。

莫爾條紋的間距與柵距W和兩光柵刻線的夾角θ（單位為rad）之間的關係為：

（K稱為放大倍數）。

當指示光柵不動，主光柵的刻線與指示光柵刻線之間始終保持夾角θ，而使主光柵沿刻線的垂直方向作相對移動時，莫爾條紋將沿光柵刻線方向移動；光柵反向移動，莫爾條紋也反向移動。

主光柵每移動一個柵距W，莫爾條紋也相應移動一個間距S。因此通過測量莫爾條紋的移動，就能測量光柵移動的大小和方向，這要比直接對光柵進行測量容易得多。

當主光柵沿與刻線垂直方向移動一個柵距W時，莫爾條紋移動一個條紋間距。當兩個光柵刻線夾角θ較小時，由上述公式可知，W一定時，θ愈小，則B愈大，相當於把柵距W放大了1／ θ倍。因此，莫爾條紋的放大倍數相當大，可以實現高靈敏度的位移測量。

莫(mo)爾(er)條(tiao)紋(wen)是(shi)由(you)光(guang)柵(zha)的(de)許(xu)多(duo)刻(ke)線(xian)共(gong)同(tong)形(xing)成(cheng)的(de)
，對(dui)刻(ke)線(xian)誤(wu)差(cha)具(ju)有(you)平(ping)均(jun)效(xiao)應(ying)，能(neng)在(zai)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)消(xiao)除(chu)由(you)於(yu)刻(ke)線(xian)誤(wu)差(cha)所(suo)引(yin)起(qi)的(de)局(ju)部(bu)和(he)短(duan)周(zhou)期(qi)誤(wu)差(cha)影(ying)響(xiang)，可(ke)以(yi)達(da)到(dao)比(bi)光(guang)柵(zha)本(ben)身(shen)刻(ke)線(xian)精(jing)度(du)更(geng)高(gao)的(de)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)。因(yin)此(ci)，計(ji)量(liang)光(guang)柵(zha)特(te)別(bie)適(shi)合(he)於(yu)小(xiao)位(wei)移(yi)、高精度位移測量。

光柵傳感器的特點

1
、精度高。

光guang柵zha式shi傳chuan感gan器qi在zai大da量liang程cheng測ce量liang長chang度du或huo直zhi線xian位wei移yi方fang麵mian僅jin僅jin低di於yu激ji光guang幹gan涉she傳chuan感gan器qi。在zai圓yuan分fen度du和he角jiao位wei移yi連lian續xu測ce量liang方fang麵mian，光guang柵zha式shi傳chuan感gan器qi屬shu於yu精jing度du最zui高gao的de
；

2、大量程測量兼有高分辨力。
感應同步器和磁柵式傳感器也具有大量程測量的特點，但分辨力和精度都不如光柵式傳感器；

3
、可實現動態測量，易於實現測量及數據處理的自動化；

4
、具(ju)有(you)較(jiao)強(qiang)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)
，對(dui)環(huan)境(jing)條(tiao)件(jian)的(de)要(yao)求(qiu)不(bu)像(xiang)激(ji)光(guang)幹(gan)涉(she)傳(chuan)感(gan)器(qi)那(na)樣(yang)嚴(yan)格(ge)，但(dan)不(bu)如(ru)感(gan)應(ying)同(tong)步(bu)器(qi)和(he)磁(ci)柵(zha)式(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)適(shi)應(ying)性(xing)強(qiang)
，油(you)汙(wu)和(he)灰(hui)塵(chen)會(hui)影(ying)響(xiang)它(ta)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。主(zhu)要(yao)適(shi)用(yong)於(yu)在(zai)實(shi)驗(yan)室(shi)和(he)環(huan)境(jing)較(jiao)好(hao)的(de)車(che)間(jian)使(shi)用(yong)。

光柵傳感器的種類：

光柵主要分兩大類：一是Bragg光柵（也稱為反射或短周期光柵）
；二是透射光柵（也稱為長周期光柵）。

guangxianguangzhacongjiegoushangkefenweizhouqixingjiegouhefeizhouqixingjiegou，conggongnengshanghaikefenweilvboxingguangzhahesesanbuchangxingguangzha，sesanbuchangxingguangzhashifeizhouqiguangzha，youchengweizhoujiuguangzha（Chirp光柵）。

光纖Bragg光柵傳感器

光(guang)纖(xian)光(guang)柵(zha)是(shi)利(li)用(yong)光(guang)纖(xian)中(zhong)的(de)光(guang)敏(min)性(xing)製(zhi)成(cheng)的(de)。所(suo)謂(wei)光(guang)纖(xian)中(zhong)的(de)光(guang)敏(min)性(xing)是(shi)指(zhi)激(ji)光(guang)通(tong)過(guo)摻(chan)雜(za)光(guang)纖(xian)時(shi)，在(zai)纖(xian)芯(xin)內(nei)產(chan)生(sheng)沿(yan)纖(xian)芯(xin)軸(zhou)向(xiang)的(de)折(zhe)射(she)率(lv)周(zhou)期(qi)性(xing)變(bian)化(hua)
，從(cong)而(er)形(xing)成(cheng)永(yong)久(jiu)性(xing)空(kong)間(jian)的(de)相(xiang)位(wei)，光(guang)纖(xian)光(guang)柵(zha)的(de)折(zhe)射(she)率(lv)將(jiang)隨(sui)光(guang)強(qiang)的(de)空(kong)間(jian)分(fen)布(bu)發(fa)生(sheng)相(xiang)應(ying)變(bian)化(hua)。而(er)在(zai)纖(xian)芯(xin)內(nei)形(xing)成(cheng)的(de)空(kong)間(jian)相(xiang)位(wei)光(guang)柵(zha)，其(qi)作(zuo)用(yong)的(de)實(shi)質(zhi)就(jiu)是(shi)在(zai)纖(xian)芯(xin)內(nei)形(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)窄(zhai)帶(dai)的(de)（透射或反射）濾波器或反射鏡。

當dang一yi束shu寬kuan光guang譜pu光guang經jing過guo光guang纖xian光guang柵zha時shi
，滿man足zu光guang纖xian光guang柵zha布bu拉la格ge條tiao件jian的de波bo長chang將jiang產chan生sheng反fan射she

，其qi餘yu的de波bo長chang將jiang透tou過guo光guang纖xian光guang柵zha繼ji續xu往wang前qian傳chuan輸shu
，利li用yong這zhe一yi特te性xing可ke製zhi造zao出chu許xu多duo性xing能neng獨du特te的de光guang纖xian器qi件jian。

啁啾光纖光柵傳感器：

與光纖Bragg光柵傳感器的工作原理基本相同，在外界物理量的作用下啁啾光纖光柵除了△λＢ的變化外，還 會引起光譜的展寬。

這(zhe)種(zhong)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)應(ying)變(bian)和(he)溫(wen)度(du)均(jun)存(cun)在(zai)的(de)場(chang)合(he)是(shi)非(fei)常(chang)有(you)用(yong)的(de)

，啁(zhou)啾(jiu)光(guang)纖(xian)光(guang)柵(zha)由(you)於(yu)應(ying)變(bian)的(de)影(ying)響(xiang)導(dao)致(zhi)了(le)反(fan)射(she)信(xin)號(hao)的(de)拓(tuo)寬(kuan)和(he)峰(feng)值(zhi)波(bo)長(chang)的(de)位(wei)移(yi)，而(er)溫(wen)度(du)的(de)變(bian)化(hua)則(ze)由(you)於(yu)折(zhe)射(she)率(lv)的(de)溫(wen)度(du)依(yi)賴(lai)性(xing)（ｄｎ／ｄＴ）
，僅影響重心的位置。通過同時測量光譜位移和展寬，就可以同時測量應變和溫度。

長周期光纖光柵傳感器：

長周期光纖光柵（ＬＰＧ）的周期一般認為有數百微米
， ＬＰＧ在特定的波長上把纖芯的光耦合進包層：λｉ＝ （ｎ０－ｎｉｃｌａｄ）?Λ 。式中，ｎ０為纖芯的折射率，ｎｉｃｌａｄ為ｉ階軸對稱包層模的有效折射率。光在包層中將由於包層／空氣界麵的損耗而迅速衰減，留下一串損耗帶。

一個獨立的ＬＰＧ可能在一個很寬的波長範圍內有許多的共振，ＬＰＧ共振的中心波長主要取決於芯和包層的折射率差，由應變
、溫度或外部折射率變化而產生的任何變化都能在共振中產生大的波長位移，通過檢測△λｉ
，就可獲得外界物理量變化的信息。ＬＰＧ在給定波長上的共振帶的響應通常有不同的幅度，因而ＬＰＧ適用於多參數傳感器。

紅外傳感器

紅外技術發展到現在
，已經為大家所熟知，這種技術已經在現代科技、國防和工農業等領域獲得了廣泛的應用。紅外傳感係統是用紅外線為介質的測量係統
，按照功能能夠分成五類：

（1）輻射計，用於輻射和光譜測量；

（2）搜索和跟蹤係統，用於搜索和跟蹤紅外目標，確定其空間位置並對它的運動進行跟蹤
；

（3）熱成像係統，可產生整個目標紅外輻射的分布圖像；

（4）紅外測距和通信係統
；

（5）混合係統，是指以上各類係統中的兩個或者多個的組合。

首先了解一下紅外光。

紅(hong)外(wai)光(guang)是(shi)太(tai)陽(yang)光(guang)譜(pu)的(de)一(yi)部(bu)分(fen)，紅(hong)外(wai)光(guang)的(de)最(zui)大(da)特(te)點(dian)就(jiu)是(shi)具(ju)有(you)光(guang)熱(re)效(xiao)應(ying)，輻(fu)射(she)熱(re)量(liang)，它(ta)是(shi)光(guang)譜(pu)中(zhong)最(zui)大(da)光(guang)熱(re)效(xiao)應(ying)區(qu)。紅(hong)外(wai)光(guang)一(yi)種(zhong)不(bu)可(ke)見(jian)光(guang)
，與(yu)所(suo)有(you)電(dian)磁(ci)波(bo)一(yi)樣(yang)，具(ju)有(you)反(fan)射(she)、折射、散射
、幹涉、吸收等性質。紅外光在真空中的傳播速度為3×108m/s。hongwaiguangzaijiezhizhongchuanbohuichanshengshuaijian

，zaijinshuzhongchuanboshuaijianhenda
，danhongwaifushenengtouguodabufenbandaotiheyixiesuliao，dabufenyetiduihongwaifushexishoufeichangda。

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zi然ran界jie中zhong任ren何he物wu體ti
，隻zhi要yao其qi溫wen度du在zai絕jue對dui零ling度du之zhi上shang，都dou能neng產chan生sheng紅hong外wai光guang輻fu射she。紅hong外wai光guang的de光guang熱re效xiao應ying對dui不bu同tong的de物wu體ti是shi各ge不bu相xiang同tong的de
，熱re能neng強qiang度du也ye不bu一yi樣yang。

例如
，黑體(能全部吸收投射到其表麵的紅外輻射的物體)
、鏡體(能全部反射紅外輻射的物體)
、透明體(能全部穿透紅外輻射的物體)和灰體(能部分反射或吸收紅外輻射的物體)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。

紅外輻射的基本定律：

(1)基爾霍夫定律：在一定溫度下
，地物單位麵積上的輻射通量W和吸收率之比
，對於任何物體都是一個常數，並等於該溫度下同麵積黑體輻射通量W。在給定的溫度下，物體的發射率=吸收率（同一波段）；吸收率越大，發射率也越大。
地di物wu的de熱re輻fu射she強qiang度du與yu溫wen度du的de四si次ci方fang成cheng正zheng比bi，所suo以yi
，地di物wu微wei小xiao的de溫wen度du差cha異yi就jiu會hui引yin起qi紅hong外wai輻fu射she能neng量liang的de明ming顯xian變bian化hua。這zhe種zhong特te征zheng構gou成cheng了le紅hong外wai遙yao感gan的de理li論lun基ji礎chu。

(2)玻耳茲曼定律（Stefan-Boltzmann''s law ）：即(ji)黑(hei)體(ti)總(zong)輻(fu)射(she)通(tong)量(liang)隨(sui)溫(wen)度(du)的(de)增(zeng)加(jia)而(er)迅(xun)速(su)增(zeng)加(jia)
，它(ta)與(yu)溫(wen)度(du)的(de)四(si)次(ci)方(fang)成(cheng)正(zheng)比(bi)。因(yin)此(ci)，溫(wen)度(du)的(de)微(wei)小(xiao)變(bian)化(hua)，就(jiu)會(hui)引(yin)起(qi)輻(fu)射(she)通(tong)量(liang)密(mi)度(du)很(hen)大(da)的(de)變(bian)化(hua)。是(shi)紅(hong)外(wai)裝(zhuang)置(zhi)測(ce)定(ding)溫(wen)度(du)的(de)理(li)論(lun)基(ji)礎(chu)。

(3)維恩位移定律（Wien''s displacement law）：隨著溫度的升高，輻射最大值對應的峰值波長向短波方向移動。
紅外傳感器的工作原理並不複雜，一個典型的傳感器係統各部分的實體分別是：

（1）待測目標。根據待測目標的紅外輻射特性可進行紅外係統的設定。

（2）大(da)氣(qi)衰(shuai)減(jian)。待(dai)測(ce)目(mu)標(biao)的(de)紅(hong)外(wai)輻(fu)射(she)通(tong)過(guo)地(di)球(qiu)大(da)氣(qi)層(ceng)時(shi)，由(you)於(yu)氣(qi)體(ti)分(fen)子(zi)和(he)各(ge)種(zhong)氣(qi)體(ti)以(yi)及(ji)各(ge)種(zhong)溶(rong)膠(jiao)粒(li)的(de)散(san)射(she)和(he)吸(xi)收(shou)
，將(jiang)使(shi)得(de)紅(hong)外(wai)源(yuan)發(fa)出(chu)的(de)紅(hong)外(wai)輻(fu)射(she)發(fa)生(sheng)衰(shuai)減(jian)。

（3）光學接收器。它接收目標的部分紅外輻射並傳輸給紅外傳感器。相當於雷達天線，常用是物鏡。

（4）輻(fu)射(she)調(tiao)製(zhi)器(qi)。對(dui)來(lai)自(zi)待(dai)測(ce)目(mu)標(biao)的(de)輻(fu)射(she)調(tiao)製(zhi)成(cheng)交(jiao)變(bian)的(de)輻(fu)射(she)光(guang)
，提(ti)供(gong)目(mu)標(biao)方(fang)位(wei)信(xin)息(xi)

，並(bing)可(ke)濾(lv)除(chu)大(da)麵(mian)積(ji)的(de)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)。又(you)稱(cheng)調(tiao)製(zhi)盤(pan)和(he)斬(zhan)波(bo)器(qi)，它(ta)具(ju)有(you)多(duo)種(zhong)結(jie)構(gou)。    

（5）紅hong外wai探tan測ce器qi。這zhe是shi紅hong外wai係xi統tong的de核he心xin。它ta是shi利li用yong紅hong外wai輻fu射she與yu物wu質zhi相xiang互hu作zuo用yong所suo呈cheng現xian出chu來lai的de物wu理li效xiao應ying探tan測ce紅hong外wai輻fu射she的de傳chuan感gan器qi，多duo數shu情qing況kuang下xia是shi利li用yong這zhe種zhong相xiang互hu作zuo用yong所suo呈cheng現xian出chu來lai的de電dian學xue效xiao應ying。此ci類lei探tan測ce器qi可ke分fen為wei光guang子zi探tan測ce器qi和he熱re敏min感gan探tan測ce器qi兩liang大da類lei型xing。

（6）探tan測ce器qi製zhi冷leng器qi。由you於yu某mou些xie探tan測ce器qi必bi須xu要yao在zai低di溫wen下xia工gong作zuo，所suo以yi相xiang應ying的de係xi統tong必bi須xu有you製zhi冷leng設she備bei。經jing過guo製zhi冷leng
，設she備bei可ke以yi縮suo短duan響xiang應ying時shi間jian
，提ti高gao探tan測ce靈ling敏min度du。

（7）信號處理係統。將探測的信號進行放大
、濾波
，並從這些信號中提取出信息。然後將此類信息轉化成為所需要的格式，最後輸送到控製設備或者顯示器中。

（8）顯示設備。這是紅外設備的終端設備。常用的顯示器有示波器
、顯像管、紅外感光材料
、指示儀器和記錄儀等。
依(yi)照(zhao)上(shang)麵(mian)的(de)流(liu)程(cheng)
，紅(hong)外(wai)係(xi)統(tong)就(jiu)可(ke)以(yi)完(wan)成(cheng)相(xiang)應(ying)的(de)物(wu)理(li)量(liang)的(de)測(ce)量(liang)。紅(hong)外(wai)係(xi)統(tong)的(de)核(he)心(xin)是(shi)紅(hong)外(wai)探(tan)測(ce)器(qi)
，按(an)照(zhao)探(tan)測(ce)的(de)機(ji)理(li)的(de)不(bu)同(tong)
，可(ke)以(yi)分(fen)為(wei)熱(re)探(tan)測(ce)器(qi)和(he)光(guang)子(zi)探(tan)測(ce)器(qi)兩(liang)大(da)類(lei)。

熱探測器對入射的各種波長的輻射能量全部吸收，它是一種對紅外光波無選擇的紅外傳感器。光子探測器常用的光子效應有外光電效應、內光電效應(光生伏特效應
、光電導效應)和光電磁效應。

熱(re)探(tan)測(ce)器(qi)是(shi)利(li)用(yong)輻(fu)射(she)熱(re)效(xiao)應(ying)，使(shi)探(tan)測(ce)元(yuan)件(jian)接(jie)收(shou)到(dao)輻(fu)射(she)能(neng)後(hou)引(yin)起(qi)溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)，進(jin)而(er)使(shi)探(tan)測(ce)器(qi)中(zhong)依(yi)賴(lai)於(yu)溫(wen)度(du)的(de)性(xing)能(neng)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)。檢(jian)測(ce)其(qi)中(zhong)某(mou)一(yi)性(xing)能(neng)的(de)變(bian)化(hua)
，便(bian)可(ke)探(tan)測(ce)出(chu)輻(fu)射(she)。多(duo)數(shu)情(qing)況(kuang)下(xia)是(shi)通(tong)過(guo)熱(re)電(dian)變(bian)化(hua)來(lai)探(tan)測(ce)輻(fu)射(she)的(de)。當(dang)元(yuan)件(jian)接(jie)收(shou)輻(fu)射(she)，引(yin)起(qi)非(fei)電(dian)量(liang)的(de)物(wu)理(li)變(bian)化(hua)時(shi)，可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)適(shi)當(dang)的(de)變(bian)換(huan)後(hou)測(ce)量(liang)相(xiang)應(ying)的(de)電(dian)量(liang)變(bian)化(hua)。熱(re)敏(min)探(tan)測(ce)器(qi)對(dui)紅(hong)外(wai)輻(fu)射(she)的(de)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)比(bi)光(guang)電(dian)探(tan)測(ce)器(qi)的(de)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)要(yao)長(chang)得(de)多(duo)。前(qian)者(zhe)的(de)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)一(yi)般(ban)在(zai)ms以上，而後者隻有ns量級。熱探測器不需要冷卻
，光子探測器多數要冷卻。
紅外探測器主要技術參數有下列幾項：

(1)響應率

所謂紅外探測器的響應率就是其輸出電壓與輸入的紅外輻射功率之比式中 r — 響應率(V/W)

；U0 — 輸出電壓(V)
；P — 紅外輻射功率(W)。

(2) 響應波長範圍

紅外探測器的響應率與入射輻射的波長有一定的關係，如右圖所示。曲線①為熱敏探測器的特性。熱敏紅外探測器響應率r與波長λ無關。光電探測器的分譜響應如圖中曲線②所示。

λP對應響應峰值rP，rP /2於對應為截止波長λc。

(3) 噪聲等效功率(NEP)

噪(zao)聲(sheng)等(deng)效(xiao)功(gong)率(lv)又(you)稱(cheng)最(zui)小(xiao)可(ke)測(ce)功(gong)率(lv)。使(shi)探(tan)測(ce)器(qi)輸(shu)出(chu)的(de)信(xin)號(hao)等(deng)於(yu)噪(zao)聲(sheng)電(dian)壓(ya)或(huo)電(dian)流(liu)所(suo)需(xu)的(de)入(ru)射(she)信(xin)號(hao)功(gong)率(lv)，是(shi)衡(heng)量(liang)光(guang)電(dian)探(tan)測(ce)器(qi)接(jie)收(shou)弱(ruo)信(xin)號(hao)能(neng)力(li)的(de)性(xing)能(neng)參(can)數(shu)。該(gai)功(gong)串(chuan)在(zai)探(tan)測(ce)器(qi)上(shang)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)信(xin)號(hao)等(deng)於(yu)探(tan)測(ce)器(qi)本(ben)身(shen)的(de)噪(zao)聲(sheng)
，因(yin)此(ci)是(shi)產(chan)生(sheng)單(dan)位(wei)信(xin)噪(zao)比(bi)所(suo)需(xu)的(de)輻(fu)射(she)功(gong)率(lv)。NEP愈yu小xiao
，探tan測ce器qi的de性xing能neng愈yu好hao。信xin號hao輻fu射she功gong率lv小xiao於yu噪zao聲sheng等deng效xiao功gong率lv，則ze探tan測ce器qi信xin號hao輸shu出chu小xiao於yu噪zao聲sheng。這zhe就jiu意yi味wei著zhe探tan測ce器qi將jiang無wu法fa感gan知zhi目mu標biao輻fu射she。所suo以yi噪zao聲sheng等deng效xiao功gong率lv實shi際ji上shang就jiu是shi探tan測ce器qi能neng夠gou探tan知zhi的de最zui小xiao目mu標biao輻fu射she，標biao誌zhi著zhe一yi個ge探tan測ce器qi的de靈ling敏min度du。噪zao聲sheng等deng效xiao功gong率lv愈yu小xiao，靈ling敏min度du愈yu高gao。NEP與探測器相應譜段、調製頻率、工作溫度
、偏置。光敏麵積
、張角等條件有關。

熱釋紅外傳感器

隨著社會的發展，各種方便於生活的自動控製係統開始進入了人們的生活，以熱釋電紅外傳感器為核心的自動門係統就是其中之一。

熱釋電紅外傳感器是基於熱電效應原理的熱電型紅外傳感器。其內部的熱電元由高熱電係數的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰
、硫酸三甘鐵等配合慮光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、ganshelvguangpianhechangxiaoyingguanpipeiqisanbufenzucheng。shejishiyingjianggaorediancailiaozhichengyidinghoududebopian，bingzaitadeliangmiandushangjinshudianji
，ranhoujiadianduiqijinxingjihua
，zheyangbianzhichenglereshidiantanceyuan。

熱釋電紅外傳感器原理：

1.熱釋電紅外傳感器的原理特性

reshidianhongwaichuanganqiheredianoudoushijiyuredianxiaoyingyuanlideredianxinghongwaichuanganqi。butongdeshireshidianhongwaichuanganqideredianxishuyuanyuangaoyuredianou
，qineibuderedianyuanyougaoredianxishudetietaisuanqiangongtaociyijitansuanli、硫(liu)酸(suan)三(san)甘(gan)鐵(tie)等(deng)配(pei)合(he)濾(lv)光(guang)鏡(jing)片(pian)窗(chuang)口(kou)組(zu)成(cheng)，其(qi)極(ji)化(hua)隨(sui)溫(wen)度(du)的(de)變(bian)化(hua)而(er)變(bian)化(hua)。為(wei)了(le)抑(yi)製(zhi)因(yin)自(zi)身(shen)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)而(er)產(chan)生(sheng)的(de)幹(gan)擾(rao)該(gai)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)工(gong)藝(yi)上(shang)將(jiang)兩(liang)個(ge)特(te)征(zheng)一(yi)致(zhi)的(de)熱(re)電(dian)元(yuan)反(fan)向(xiang)串(chuan)聯(lian)或(huo)接(jie)成(cheng)差(cha)動(dong)平(ping)衡(heng)電(dian)路(lu)方(fang)式(shi)，因(yin)而(er)能(neng)以(yi)非(fei)接(jie)觸(chu)式(shi)檢(jian)測(ce)出(chu)物(wu)體(ti)放(fang)出(chu)的(de)紅(hong)外(wai)線(xian)能(neng)量(liang)變(bian)化(hua)並(bing)將(jiang)其(qi)轉(zhuan)換(huan)為(wei)電(dian)信(xin)號(hao)輸(shu)出(chu)。熱(re)釋(shi)電(dian)紅(hong)外(wai)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)結(jie)構(gou)上(shang)引(yin)入(ru)場(chang)效(xiao)應(ying)管(guan)的(de)目(mu)的(de)在(zai)於(yu)完(wan)成(cheng)阻(zu)抗(kang)變(bian)換(huan)。由(you)於(yu)熱(re)電(dian)元(yuan)輸(shu)出(chu)的(de)是(shi)電(dian)荷(he)信(xin)號(hao)，並(bing)不(bu)能(neng)直(zhi)接(jie)使(shi)用(yong)因(yin)而(er)需(xu)要(yao)用(yong)電(dian)阻(zu)將(jiang)其(qi)轉(zhuan)換(huan)為(wei)電(dian)壓(ya)形(xing)式(shi)該(gai)電(dian)阻(zu)阻(zu)抗(kang)高(gao)達(da)104MΩ，故引入的N溝道結型場效應管應接成共漏形式即源極跟隨器來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、ganshelvguangpianhechangxiaoyingguanpipeiqisanbufenzucheng。shejishiyingjianggaorediancailiaozhichengyidinghoududebopian
，bingzaitadeliangmiandushangjinshudianji
，ranhoujiadianduiqijinxingjihua
，zheyangbianzhichenglereshidiantanceyuan。由於加電極化的電壓是有極性的，因此極化後的探測元也是有正、負極性的。

2.被動式熱釋電紅外傳感器的工作原理與特性

人體都有恒定的體溫

，一般在37度，所以會發出特定波長10UM左右的紅外線
，被動式紅外探頭就是靠探測人體發射的10UM左右的紅外線而進行工作的。人體發射的10UMzuoyoudehongwaixiantongguofeinierlvguangpianzengqianghoujujidaohongwaiganyingyuanshang。hongwaiganyingyuantongchangcaiyongreshidianyuanjian，zhezhongyuanjianzaijieshoudaorentihongwaifushewendufashengbianhuashijiuhuishiqudianhepingheng
，xiangwaishifangdianhe，houxudianlujingjiancechulihoujiunengchanshengbaojingxinhao。

1)這種探頭是以探測人體輻射為目標的。所以熱釋電元件對波長為10UM左右的紅外輻射必須非常敏感。

2)為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照麵通常覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片

，使環境的幹擾受到明顯的控製作用。

3)被(bei)動(dong)紅(hong)外(wai)探(tan)頭(tou)，其(qi)傳(chuan)感(gan)器(qi)包(bao)含(han)兩(liang)個(ge)互(hu)相(xiang)串(chuan)聯(lian)或(huo)並(bing)聯(lian)的(de)熱(re)釋(shi)電(dian)元(yuan)。而(er)且(qie)製(zhi)成(cheng)的(de)兩(liang)個(ge)電(dian)極(ji)化(hua)方(fang)向(xiang)正(zheng)好(hao)相(xiang)反(fan)，環(huan)境(jing)背(bei)景(jing)輻(fu)射(she)對(dui)兩(liang)個(ge)熱(re)釋(shi)元(yuan)件(jian)幾(ji)乎(hu)具(ju)有(you)相(xiang)同(tong)的(de)作(zuo)用(yong)，使(shi)其(qi)產(chan)生(sheng)釋(shi)電(dian)效(xiao)應(ying)相(xiang)互(hu)抵(di)消(xiao)，於(yu)是(shi)探(tan)測(ce)器(qi)無(wu)信(xin)號(hao)輸(shu)出(chu)。

4)yidanrenqinrutancequyunei，rentihongwaifushetongguobufenjingmianjujiao，bingbeireshidianyuanjieshou，danshiliangpianreshidianyuanjieshoudaodereliangbutong，reshidianyebutong，bunengdixiao，jingxinhaochulierbaojing。

5)菲泥爾濾光片根據性能要求不同
，具有不同的焦距（感應距離），從而產生不同的監控視場，視場越多，控製越嚴密。

3.熱釋電效應

當dang一yi些xie晶jing體ti受shou熱re時shi，在zai晶jing體ti兩liang端duan將jiang會hui產chan生sheng數shu量liang相xiang等deng而er符fu號hao相xiang反fan的de電dian荷he，這zhe種zhong由you於yu熱re變bian化hua產chan生sheng的de電dian極ji化hua現xian象xiang，被bei稱cheng為wei熱re釋shi電dian效xiao應ying。通tong常chang，晶jing體ti自zi發fa極ji化hua所suo產chan生sheng的de束shu縛fu電dian荷he被bei來lai自zi空kong氣qi中zhong附fu著zhe在zai晶jing體ti表biao麵mian的de自zi由you電dian子zi所suo中zhong和he，其qi自zi發fa極ji化hua電dian矩ju不bu能neng表biao現xian出chu來lai。當dang溫wen度du變bian化hua時shi

，晶jing體ti結jie構gou中zhong的de正zheng負fu電dian荷he重zhong心xin相xiang對dui移yi位wei，自zi發fa極ji化hua發fa生sheng變bian化hua，晶jing體ti表biao麵mian就jiu會hui產chan生sheng電dian荷he耗hao盡jin，電dian荷he耗hao盡jin的de狀zhuang況kuang正zheng比bi於yu極ji化hua程cheng度du。

能產生熱釋電效應的晶體稱之為熱釋電體或熱釋電元件，其常用的材料有單(LiTaO3 等)
、壓電陶瓷（PZT等）及高分子薄膜（PVFZ等）。

根據菲涅耳原理製成，把紅外光線分成可見區和盲區，同時又有聚焦的作用
，使熱釋電人體紅外傳感器 (PIR) 靈敏度大大增加。菲涅耳透鏡折射式和反射式兩種形式
，其作用一是聚焦作用，將熱釋的紅外信號折射（反射）在PIR上

；二是將檢測區內分為若幹個明區和暗區，使進入檢測區的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產生變化熱釋紅外信號，這樣PIR就能產生變化電信號。

如果我們在熱電元件接上適當的電阻
，當元件受熱時

，電阻上就有電流流過，在兩端得到電壓信號。