PDF《微型红外线传感技术的最新发展 3》

3

1998 -

09 -

25 收到初稿 ,1998 -

11 -

19 修回 物理学和经济建设 微型红外线传感技术的最新发展3 宋雪君(上海工程技术大学 上海 200336) 摘要综述了红外传感器技术的最新发展.

由于应用了薄膜型红外探测器、 衍射光学聚光镜和共振 压电斩波器 ,红外传感器实现了微型化 ,在许多领域中获得了广泛的应用. 关键词 薄膜型红外传感器 ,衍射镜 ,W 型斩波器 LATEST DEVELOPMENTS IN MICRO PYROELECTRIC INFRARED DETECTION Song Xuejun ( Shanghai University of Engineering Science , Shanghai 200336) Abstract Recent developments of pyroelectric infrared sensors are briefly reviewed.By employing a pyroelectric thin film detector ,diffractive optical converging element and double - resonance type piezo - electric actuator , a miniature pyroelectric infrared thin film sensor is now available. These sensors find applications in many fields. Key words pyroelectric thin film detector , diffraction lens , W - type piezo - electric actuator

1 引言 红外线是位于可见光和微波之间的电磁 波 ,其波长范围从

0175 μm 到几百μm ,波长上 限并不确定. 自然界里一切物体都在辐射电磁 波 ,根据玻尔兹曼定律 ,物体的辐射本领 R T 与 绝对温度 T 的关系为 R T = ε σT4 (1) 式中ε为物体的辐射率. 由上式可见 ,任何绝对 温度不为零的物体的辐射本领都不为零. 在温 度较低时 ,热辐射中绝大部分是肉眼不能见的 红外线. 随着温度的升高 ,辐射的总功率增大 , 光强的分布由长波向短波转移. 如果我们的眼睛能看见红外光 ,那么即便 是在没有月光的黑夜里 ,周围也将是一片熠熠 生辉的世界. 一般来讲 ,热一些的物体显得更 亮 ,冷一些的物体相对暗一些. 通过测量热辐射 的功率来确定物体温度的技术称为红外测温技 术. 近年来 ,红外测温技术从一维测量发展为二 维测量 ,其应用领域不断扩大 ,在国民经济和军 事中具有重要的应用 ,见表 1. 表1红外测温技术的应用 医学白血病、 雷诺氏病的诊断 ,乳癌、 皮肤癌的早期发 现 ,血压下降、 血管扩张等的药物效果的确认 工业炉温检测、 压延钢板的温度分布的测定、 高温钢铁 块的探伤、 发动机的热设计和检查、 材料和制品的 非破坏性检查、 精制炉与蒸馏管的温度监视等 学术调查、 公害 观测 火山观测、 植物的生长调查、 资源探测、 海流、 红潮 和冷水块的调查、 气象分析、 工厂排水、 气体分布 的监视等 治安火灾的早期发现、 山火防止、 遭灾发现、 营救、 夜间 搜查 防灾、 防盗 侵入者探测、 火灾早期预报、 自动门、 来客报知 ・

0 6

3 ・ 物理 红外检测按测量原理可分为两类 :第一类 , 红外光作为负载能量 ,与光量子检测器发生作 用 ,产生载流子 ,形成电信号 ,这一类传感器称 为量子型传感器 ,其灵敏度较高 ,但有色散效 应 ,信号强弱与波长有关 ;

另一类则利用红外辐 射的热效应 ,称热释电传感器 ,其优点是没有色 散效应 ,但灵敏度较低 ,相应速度较慢. 按测量 方式来区分 ,可分为全场分析与逐点分析. 全场 分析是用红外成像镜头把物体的温度分布图像 成像在二维传感器列阵 (典型的探测列阵是 IRCCD) 上[1 ] ,从而获得物体空间温度场 (严格 地说是辐射场) 的全场分布 ,其信息量很大 ,但 温度分辨率和空间分辨率都不高. 全场分布探 测系统又称为红外热像仪. 逐点分析则是把物 空间的一个局部区域的热辐射聚焦在单个探测 器上 ,并通过已知物体的辐射率ε,将辐射功率 转化为温度 ,即局部区域的平均温度 ,其温度测 量精度较高. 如果需要探测一个较大区域的稳 定温度场 ,则必须通过扫描的方式逐点对温度 场采样. 逐点分析系统通常称为红外测温仪. 红外测温仪由聚焦光学部件、 调制器、 探测 元件和信号处理系统构成 ,如图