关于红外线的介绍

关于红外线的介绍 

一、红外线的发展史

红外技术发展的先导是红外探测器的发展。
1800年赫歇尔发现红外辐射时使用的是水银温度计，这是最原始的热敏型红外探测器。
1830年以后，相继研制出温差电偶的热敏探测器、测辐射热计等。
1940年以前，研制成的红外探测器主要是热敏型探测器。
19世纪，科学家们使用热敏型红外探测器，认识了红外辐射的特性及其规律，证明了红外线与可见光具有相同的物理性质，遵守相同的规律。它们都是电磁波之一，具有波动性，其传播速度都是光速、波长是它们的特征参数并可以测量。

20世纪初开始，测量了大量的有机物质和无机物质的吸收、发射和反射光谱，证明了红外技术在物质分析中的价值。

30年代，首次出现红外光谱代，以后，它发展成在物质分析中不可缺少的仪器。

40年代初，光电型红外探测器问世，以硫化铅红外探测器为代表的这类探测器，其性能优良、结构牢靠。

50年代，半导体物理学的迅速发展，使光电型红外探测器得到新的推动。到60年初期，对于1～3、3～5和8～13微米三个重要的大气窗口都有了性能优良的红外探测器。在同一时期内，固体物理、光学、电子学、精密机械和微型致冷器等方面的发展，使红外技术在军、民两用方面都得到了广泛的应用。

二、红外线的分类

任何物体的红外辐射包括介于可见光与微波之间的电磁波段。通常人们又把红外辐射称为红外光、红外线。实际上其波段是指其波长约在0.75微米到1000微米的电磁波。

通常人们将其划分为近、中、远红外三部分。

近红外指波长为0.75～3.0微米     中红外指波长为3.0～20微米     远红外则指波长为20～1000微米。

在光谱学中，波段的划分方法尚不统一，也有人将0.75～3.0微米、3.0～40微米和40～1000微米作为近红外、中红外和远红外波段。另外，由于大气对红外辐射的吸收，只留下三个重要的"窗口"区，即1～3微米、3～5微米和8～13微米可让红外辐射通过，因而在军事应用上，又分别将这三个波段称为近红外、中红外和远红外。8～13微米还称为热波段。

三、红外线的检测原理

红外释热传感器就是用来测量红外电磁波，红外释热传感器英文全称为PIR sensor ，下文简称为 PIR。

红外释热传感器由传感探测单元、干涉滤光片和场效应管放大器三部分组成。设计时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，这样便制成了红外释热传感器探测单元。

人体是一个恒温的热辐射源，人体自身发出的红外线通过空气的传播，传到热电材料制成的探测单元上，会使探测单元的金属电极发生极性变化，从而有一定方向的电流产生，在通过阻抗变换和放大之后输出一定范围内的电压信号。

人体进入PIR检测区，产生电荷信号。人体离开PIR检测区，电荷又恢复平衡。PIR 可以检测温度的变化、人体的移动，这里都是作一个动作的检测。而如果温度恒定不变或人体不移动，PIR是检测不到的。

四、红外释热传感器的结构

1、热电元件的作用

热电元件的接收到红外线辐射温度的变化，热释电元件的表面产生电荷密度变化。 为了抑制自身温度变化而产生的干扰，PIR 将两个热电元件反向串联或接成差动平衡电路。对这两个热电元件的影响几乎相同，其产生的释电效应相互抵消， 因而无信号输出。人体经过时，人体外红辐射透过部分镜面聚焦，两片热电元件接收的辐射不同，产生的热电释不同，不能相互抵消。所以有了电流信号。

2、滤光片的作用

人体温度在 36-37摄氏度，辐射出的波长在一定范围内。滤光片可以只让这个波长范围的红外线通过，使得PIR sensor只对人体敏感，而不受太阳和灯光等其它热源影响。

3、场效应管的作用

热电元件只能产生电流信号，经过场效应管完成阻抗变化变成电压信号再进行放大输出。

4、菲涅尔透镜的作用

如果在外面加上一个菲涅尔透镜，把外部的光线会聚到 PIR 上，增加进光量，则可大大增加 PIR 的检测距离和角度。通过控制菲涅耳透鏡内部的角度，可以控制焦距，制作出检测距离不同的 PIR。聚焦是把红外信号聚焦到 PIR 上，控制检测距离和角度将检测区分隔成交替的灵敏区和盲区，增加检测灵敏度。