利用红外线传感器实现接近感应应用重点
传感器原理及其应用-第10章-红外传感器重点
第10章 红外传感器
10.2 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，红外传感器分为热传感器和光子传感器两
维恩公式比普朗克公式简单，但仅适用于不超过3000 K的温 度范围，辐射波长在0.4～0.75m 之间。当温度超过3000 K时， 与实验结果就有较大偏差。
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 单色辐射式测温和比色测温的理论依据。
武汉理工大学机电工程学院
第10章 红外传感器
近年来，红外技术在军事领域和民用工程上，都得到了广泛 应用。军事领域的应用主要包括： (1) 侦查、搜索和预警； (2) 探测和跟踪； (3) 全天候前视和夜视； (4) 武器瞄准； (5) 红外制导导弹； (6) 红外成像相机； (7) 水下探潜、探雷技术。
10.2.1 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， 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。
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第10章 红外传感器
按照红外光子传感器的工作原理，一般分为外光电效应和内 光电效应传感器两种。内光电效应传感器又分为光电导传感器、 光生伏特(简称光伏)传感器和光磁电传感器3种。 (1) 大部分外光电传感器只对可见光有响应。可用于红外辐射 的光电阴极很少。S-1(Ag-O-Cs)是一种。它的峰值响应波长 是0.8 m，光谱响应扩展到1.2 m。目前外光电效应探测器只用 于可见光和近红外波长范围。
红外感应器的应用原理
红外感应器的应用原理1. 红外感应器简介红外感应器是一种能够感知人体红外辐射的设备，在许多领域有着广泛的应用。
它通过接收人体发出的热量来检测人体的存在，并将这一信息转化为可操作的信号。
2. 红外感应器的工作原理红外感应器通过使用红外线传感器来探测人体辐射出来的红外线信号。
当人体靠近红外感应器时，因为人体的体温会产生红外辐射，红外感应器会将这些红外线信号转化为电信号，并将其发送给相关的设备进行处理。
根据探测到的信号的强度和频率，可以确定人体的位置、距离和移动方向。
3. 红外感应器的工作原理解析红外感应器中的核心部件是红外线传感器，这种传感器可以感知红外线的特定频段。
红外线是一种较长波长的电磁辐射，通常被人体和其他物体发射出来。
当红外线与红外感应器上的光敏元件相遇时，它会产生一个微弱的电流。
这个电流的强弱和频率取决于接收到的红外线的强度和频率。
4. 使用红外感应器的应用案例红外感应器在许多领域中有着重要的应用，以下是一些常见的应用案例：a. 安防系统在家庭和商业安防系统中，红外感应器被广泛应用。
通过安装红外感应器，系统可以实时检测到任何潜在的入侵者，并及时发出警报。
这种系统可以在夜间或无人值守时提供有效的安全保护。
b. 自动照明系统红外感应器还可以应用于自动照明系统中。
当感应器检测到人体靠近时，它会发出一个信号，触发照明系统的开启。
这种系统可以在人们进入房间时提供必要的照明，节省能源并提高便利性。
c. 自动门系统大型商场、机场等场所常常使用红外感应器来实现自动门系统。
当感应器检测到有人接近门口时，它会发出信号，使门自动打开。
这种系统可以提高进出门口的效率，并提供更加便利的服务。
d. 无人机控制红外感应器也可以用于无人机控制系统中。
通过安装红外感应器，无人机可以实时感知周围环境，并做出相应的操作，实现避免障碍物、稳定飞行等功能。
5. 红外感应器的优势红外感应器相比其他传感器有以下几个优势：•高度可靠性：红外感应器对人体辐射产生高度敏感，准确且可靠地探测到人体的存在。
红外传感器技术的原理与应用
红外传感器技术的原理与应用红外传感器是一种利用红外线来探测目标的传感器，它具有高灵敏度、无需物理接触、抗干扰性强等优点，被广泛应用于军用、工业、医疗、安防等领域。
本文将从原理、分类、应用等方面，对红外传感器技术进行探究与分析。
一、原理红外传感器利用物体向外辐射的红外线，通过红外探测器将红外辐射转化为电信号，并通过电路进行处理，实现对目标的探测。
从原理上看，红外传感器分为有源与无源两种，有源红外传感器利用发射器发射红外线，无源红外传感器利用目标自身发射的红外辐射。
由于无源红外传感器无需外接电源与信号源，因此具有体积小、信噪比高等优点，被广泛应用于工业、医疗、安防等领域。
二、分类按照分类方法不同，红外传感器可分为多种类型。
其中，按照检测距离可分为接近、中远距离红外传感器；按照探测场景可分为可见光、夜视红外传感器；按照应用领域可分为工业、军用、医疗、安防红外传感器等不同类型。
三、应用1. 工业领域：在工业制造过程中，红外传感器可用于温度测量、液位检测、位置检测、物体计数量等探测任务。
例如，在汽车生产线，红外传感器可用于检测汽车内饰、零部件等是否安装到位，提高生产效率。
2. 军用领域：红外传感器一直是军用领域的重要技术之一。
它可用于目标探测、火控系统、导弹控制、机载监测、气象探测等场景，为军队指挥控制提供了重要支持。
3. 医疗领域：红外传感器广泛应用于医疗领域的疾病诊断、治疗、监护等方向，主要用于体温测量、血压测量、血氧饱和度检测、皮肤病诊断等检测工作。
例如，利用红外线技术开发出的体表血液流速仪，不仅可测量局部血流速度，还能用于皮肤炎、皮肤癌等疾病的早期诊断。
4. 安防领域：随着社会的发展，安防需求越来越高。
红外传感器技术用于安防方面，通过人体发射的红外线辐射，来实现对于不同状态下的人体检测，同时也可以发现动物、物品等物体。
应用于安防领域的红外传感器，一方面可以用于报警，另一方面可以用于监控、测距等功能，提高安防效率。
红外线传感器的原理及应用
红外线传感器的原理及应用红外线传感器是一种常见的电子设备，广泛应用于许多领域，包括安防监控、自动化控制、人机交互等。
本文将介绍红外线传感器的工作原理以及其在不同领域的应用。
一、红外线传感器的工作原理红外线传感器通过感知、接收和解读环境中的红外辐射来完成测量和控制的任务。
它的工作原理基于红外辐射的特性，主要分为两种类型：主动式红外线传感器和被动式红外线传感器。
1. 主动式红外线传感器主动式红外线传感器通过自身发射红外辐射来进行目标检测。
其内部包含红外发射器和红外接收器两个重要组件。
红外发射器会以特定频率发射红外光束，而红外接收器则用于接收反射回来的红外信号。
当有物体进入红外光束的传感范围时，部分光束会被该物体反射回来，经过红外接收器接收后，被转换成电信号。
通过对接收到的信号进行处理，主动式红外线传感器可以判断物体的存在与否、位置以及运动状态。
2. 被动式红外线传感器被动式红外线传感器是通过接收环境中的红外辐射来进行目标检测。
它不发射红外光束，而是依靠接收器来接收周围物体本身发出的红外辐射。
被动式红外线传感器内部包含红外接收器和信号处理器。
红外接收器接收环境中物体发出的红外辐射，并将其转换成相应的电信号。
信号处理器会对接收到的信号进行滤波、放大和解码等处理，从而得出环境中物体的信息。
二、红外线传感器的应用红外线传感器由于其特殊的工作原理和灵敏度，被广泛应用于各个领域。
以下是一些常见的应用场景：1. 安防监控红外线传感器在安防监控系统中扮演重要角色。
通过布置红外传感器，可以实时监测和检测人体的活动，当有人闯入禁区时，系统会及时发出警报。
2. 自动化控制红外线传感器在自动化控制系统中起到关键作用。
例如，智能家居系统中的灯光和自动门禁系统中的门都可以根据红外传感器接收到的信号进行自动开关。
3. 人机交互红外线传感器在人机交互领域有着广泛的应用。
例如，触摸屏、手势识别和虚拟现实设备等都使用红外传感器来感知用户的操作和动作。
红外传感器的研究和应用
红外传感器的研究和应用红外传感器是目前得到广泛应用的传感器种类之一，其在物联网、智能家居、电子设备等领域都有着重要的作用。
本文将着重介绍红外传感器的工作原理、种类和应用，以及未来的发展趋势。
一、工作原理红外传感器是通过检测物体辐射出的红外线信号来实现检测和控制的。
在物体温度高于绝对零度时，其会辐射出电磁波，其中包括可见光和红外线。
红外线是指波长在0.78-1000微米之间，频率在3×10^11-4.3×10^14Hz之间的电磁波，可以分为近红外、中红外和远红外三个波段。
红外传感器主要基于两种效应来实现对红外线的检测：热释电效应和光电效应。
其中，热释电效应是通过将红外辐射引起的物体温度变化转化为电信号来实现检测，典型的热释电传感器包括热电偶、焦平面阵列等；而光电效应则是通过将红外光辐射引起的电荷变化转化为电信号来实现检测，典型的光电传感器包括红外线测温仪、反射式传感器等。
二、种类及特点红外传感器根据其检测方式、材料、形状等因素可以分为多种类型。
以下是常见的几种类型及其特点：1. 热电偶传感器热电偶传感器使用的是热释电效应，其通过将红外辐射引起的物体温度变化转化为电信号来实现检测。
该传感器的特点是灵敏度高、响应速度快、可靠性好，但需要加热器件来消除自身产生的杂散信号。
2. 焦平面阵列传感器焦平面阵列传感器也是基于热释电效应的，其通过一定方式将红外辐射引起的物体温度变化转化为电信号来实现检测。
与热电偶传感器相比，此种传感器可以在同等面积下实现更高的空间分辨率和灵敏度，从而可实现对图像的获取。
3. 红外线测温仪红外线测温仪是基于光电效应的传感器，其在红外波段内检测物体的辐射能量，并将其转化为温度值。
该传感器的特点是快速、非接触、可远距离测量，但需要考虑反射、衰减等因素对测量的影响。
4. 反射式传感器反射式传感器也是基于光电效应的传感器，其通过反射物体辐射出的红外线来实现检测。
该传感器的特点是方便安装、可远距离检测、灵敏度高、成本低，但需要考虑光线反射和衰减等问题。
红外线传感器原理及应用
红外线传感器原理及应用红外线传感器是一种能够感知和测量红外辐射的设备。
它通过接收和分析物体所发射或反射的红外辐射来实现目标检测和测距。
红外线传感器的工作原理主要基于物体的热能辐射特性，利用红外线的特定波长范围进行探测。
红外线传感器主要由发射器和接收器两部分组成。
发射器会产生一定波长的红外线，然后将红外线照射到目标物体上。
目标物体会根据其温度和性质发射出不同强度和频率的红外辐射。
接收器会接收到目标物体发射或反射的红外线，并将其转化为电信号。
通过分析接收到的电信号，红外线传感器可以判断目标物体的存在、距离、形状等信息。
红外线传感器广泛应用于许多领域。
以下是几个常见的应用领域：1. 运动检测与人体检测：红外线传感器可以用于监控系统、安防系统等，通过检测目标物体的红外辐射来实现运动检测和人体检测。
当有人或动物进入监测范围时，红外线传感器会立即发出信号，从而触发相应的警报或控制系统。
2. 温度测量与控制：红外线传感器可以用于测量物体的表面温度。
通过测量红外辐射的强度和频率，红外线传感器可以准确地获取物体的温度信息。
这在工业自动化控制、医疗器械等领域有着广泛的应用。
3. 遥控与通信：红外线传感器也被广泛应用于遥控和通信领域。
例如，遥控器中的红外发射器可以发射特定频率的红外线信号，从而实现对电视、空调、音响等设备的控制。
此外，红外线传感器还可以用于无线通信，例如红外线数据传输、红外遥测等。
4. 智能家居与自动化系统：红外线传感器在智能家居和自动化系统中也发挥着重要作用。
它可以用于检测房间内是否有人，从而实现智能照明、智能安防等功能。
此外，红外线传感器还可以用于控制家电设备的开关，提高家居生活的便利性和舒适度。
总结起来，红外线传感器是一种基于物体红外辐射特性的设备，可以用于目标检测、测距和温度测量等应用。
它在运动检测、温度控制、遥控通信以及智能家居等领域具有广泛的应用前景。
随着科技的发展和创新，红外线传感器的性能将不断提升，应用范围也将更加广泛。
红外感应方案
红外感应方案一、引言随着人工智能和物联网技术的发展，红外感应技术在各个领域的应用越来越广泛。
红外感应方案是一种利用红外线技术来检测和感应目标物体的解决方案。
通过使用红外线传感器，可以实现对物体的距离、方位、温度等信息的感知。
红外感应方案有着广泛的应用，例如安防领域、智能家居、自动化控制等。
二、红外感应技术原理1. 红外线介绍红外线是一种波长较长于可见光的电磁辐射，其波长范围在700纳米至1毫米之间。
红外线可以通过透过空气、烟雾和其他一些物体，而与可见光不同，红外线可以穿透一些非透明的材料。
2. 红外传感技术原理红外感应技术基于红外线的特性，利用红外线传感器来感应目标物体的存在或者其它相关信息。
当目标物体与红外线传感器之间有物体进入或者移动时，红外线传感器会接收到红外线的反射或者散射信号，然后通过信号处理电路将其转换为电信号进而实现对目标物体的检测。
三、红外感应方案应用1. 安防领域红外感应技术在安防领域有着广泛的应用。
比如，在室外安防系统中，通过布置红外线传感器，可以实现对周边环境的监测和检测。
当有人或者车辆进入设定的监测区域时，红外线传感器就会感应到目标物体的存在，并触发相应的警报或者录像等安全措施。
2. 智能家居随着智能家居的普及，红外感应技术也被广泛应用于智能家居系统。
通过在家庭环境中布置红外线传感器，可以实现对家居设备的智能控制。
例如，当人们进入房间时，红外线传感器会感应到有人进入，并自动打开灯光或者调整室内温度等。
3. 自动化控制红外感应技术在自动化控制领域也有着广泛的应用。
例如，在工业自动化系统中，通过利用红外线传感器感应产品的位置、速度等信息，可以实现对生产过程的自动控制。
另外，在交通领域，红外感应技术也可以用于智能交通信号灯的控制，提高交通流畅度和安全性。
四、红外感应方案的优势1. 非接触式感应：红外感应方案是一种非接触式的检测技术，可以在不与目标物体接触的情况下，准确地感知目标物体的存在和相关信息。
红外线传感器的应用及原理
红外线传感器的应用及原理一、引言红外线传感器是一种重要的电子元件，它能够探测和测量周围环境中的红外辐射。
红外线传感器常见于许多应用领域，如安防系统、自动化控制、远程通信等。
本文将介绍红外线传感器的基本原理以及其在各个领域中的应用。
二、红外线传感器的原理红外线传感器基于物质的红外辐射特性工作。
红外线是一种电磁辐射，其波长介于可见光和微波之间，无法被肉眼直接看到。
红外线传感器通过检测周围环境中的红外辐射来实现不同的功能。
红外线传感器主要由以下几个部分组成：1.发射器：发射红外线辐射的装置。
2.接收器：接收并转换周围环境中的红外辐射。
3.过滤器：用于滤除其他频段的辐射，只保留红外线。
4.信号处理电路：将接收到的红外信号转换成电信号进行处理。
红外线传感器的工作原理如下：1.发射器发出红外线辐射，经过过滤器滤除其他频段的辐射。
2.环境中的物体反射或发射红外线辐射，一部分红外线辐射被接收器接收。
3.接收器将接收到的红外线辐射转换成电信号。
4.信号处理电路对接收到的电信号进行分析和处理。
5.根据处理后的信号，判断是否存在目标物体、目标物体的距离或其它特征。
三、红外线传感器的应用红外线传感器在各个领域中有广泛的应用。
下面列举一些常见的应用场景：1. 安防系统红外线传感器在家庭和工业安防系统中广泛应用。
它可以用作入侵报警器的一部分，当有人或其它动物进入监控区域时，红外线传感器可以及时检测到其存在。
此外，红外线传感器可以用于监控烟雾和火焰的存在，提高家庭和工业环境的安全性。
2. 自动化控制红外线传感器在自动化控制领域有重要应用。
例如，自动门控制系统中的红外线传感器可以检测到人员的接近，并自动打开门。
此外，红外线传感器还可以用于自动照明系统，根据环境亮度和人员活动来实现灯光的自动开关。
3. 远程通信红外线传感器可以用于远程通信，如红外线遥控器。
红外线遥控器通过发射红外线信号来控制设备，如电视、空调等。
此外，红外线通信还广泛用于红外线无线数据传输，如红外线数据传输设备和红外线数据收发器。
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利用红外线传感器实现接近感应应用
利用红外线传感器实现接近感应应用
类别：传感与控制
在消费电子产品中，接近感应作为一种探测用户身体或手部存在的方法，越来越为人们所接受。
该技术也能够用于动作感应，如检测用户手势。
用户手势作为一种输入，可以应用于许多设备，如手机、计算机和其他家用电子产品。
要理解动作感应系统设计的理论基础，需要了解红外线(IR)与可见光的差异，探讨接近和动作感应系统如何在单一LED 下运行，以及动作感应在使用多个LED 进行多接近测量时如何工作。
当我们谈及“光”时，通常指的是来自太阳或灯具的可见光，然而，可见光仅占光谱范围中的一小部分。
我们把可见光定义为人眼可以识别的所有光线，通常人眼可以识别的光线波长为380-750nm。
那么，人眼无法识别的非可见光（如波长为850 nm 光）又如何呢？IR 辐射光的波长为750nm-1000μm，IR 光与可见光有着相同的特性，例如反射率，而且它可以通过特殊灯泡或发光二极管生成。
因为人眼无法看到IR 光，所以我们可以用它来完成一些特殊的人机界面任务，例如接近检测，而无需用户与系统进行任何直接接触。
IR 接近传感系统能够检测附近物体的存在，并根据检测结果做出反应。
IR 接近检测的应用无处不在。
例如，手机可以使用接近传感技术检测通话时手机是否接近面部。
当你把手机靠近耳边时，手机将检测到头的存在，从而自动关闭屏幕以节省电能。
其他接近感应系统的例子包括皂液器和饮水机，你可以把手放在传感器附近（通常在皂液管或水龙头附近），以“非接触”而又卫生的方式获取皂液或水。
在高端汽车上，外部防碰撞系统也使用接近检测，当汽车与其他汽车或者物体太靠近时，接近检测会提醒司机注意。
有些车辆还可以使用车内接近感应系统检测乘客的存在，从而调整安全装置（如安全气囊）。
接近检测通过专门设计的IR LED 实现。
与IR LED 相对应的是光电二极管，它一般用来检测LED 发出的IR 光。
当IR LED 和光电二极管同方向放置时，光电二极管将不会检测到任何IR 光，除非有物体在 LED 的前面，将光反射回光电二极管。
反射回光电二极管的光强与物体到光电二极管的距离逆向相关。
图 1：一维空间动作检测单一 LED 和光电二极管相结合可以检测一些动作，例如可以检测物体是否靠近或远离光电二极管，这仅仅是一维空间检测。
假设一个系统，其布局如图1 所示，单一LED 系统仅使用LED1 与IR 传感器。
图2 是三个手势动作过程中Silicon Labs Si1120 传感器感应IR LED 后的输出值，其中Y 轴是反射的 IR 光强，X 轴是时间。
三个手势包括沿图1 X 轴从左到右的滑动，沿Y 轴从底部到顶部的滑动，以及沿Z 轴由远及近，然后由近及远的往复动作。
图2 表明，单一LED 系统不能区分这些手势，使用单一 LED，系统只能检测到物体正在接近或远离传感器，而不能判别其方向。
图 2：单一LED 系统性能分析二维空间检测由位于不同位置的两个LED 和单个光电二极管组成。
从LED1 得到一个测量值，然后快速从LED2 获得另一个测量值，两个测量值被用于计算二维空间上的物体位置。
其中一维空间是接近 LED1
（左）或接近LED2（右），而另一维空间是接近或远离光电二极管。
图3 是与图2 相同的三个手势，其中白线代表从LED1 中读出的数据，红线代表从
LED2 读出的数据。
从左到右滑动过程中，白线上升，然后是红线。
当手从左到右滑动时，LED1 反射IR 光到传感器，然后是LED2。
图 3：二维空间中手势性能分析三维空间动作检测由三个LED 和单个光电二极管组成。
LED3 与LED1、LED2 不在同一直线上，如图 1 所示，可以把LED1 和LED2 之间的连线看作X 轴，LED1 和LED3 之间的连线看作Y 轴，从光电二极管和LED 到被测物体之间的连线看作Z 轴。
图4 显示了与图2 和图3 相同的测量过程，其中蓝线代表LED3 的测量数据。
当手从左向右滑动时，因为手在LED1 和LED3 上同时通过，LED1 和LED3 数据线同时上升，然后是LED2 数据线。
当手从底部向顶部滑动时，因为手先遇到来自LED3 的IR 光， LED3 数据线上升，然后是LED1 和LED2。
当往复动作时，因为手在整个过程中都反射等量的LED 光，三个LED 测量值是相同的。
图 4：加入LED3 后，三维空间中动作性能分析当 IR LED 和IR 传感器应用于产品时，这些组件通常不会用作装饰目的而放在外面，终端产品至少需要一个开口或透明窗口，让IR 光透过。
IR LED 从窗口中照射出，被外部物体反射后，通过窗口进入Si1120 传感器。
单一窗口配置的主要缺点是：窗口将导致一些光线被内反射到
Si1120，即使在检测范围内没有外部物体时，大量反射光也可能导致传感器输出。
双窗口设计使用其中一个窗口用于IR LED，另一个窗口用于传感
器。
通过在LED 和传感器之间进行适当的隔离，设计消除了内部反射的问
题，为系统提供更好的敏感性和检测范围。
对于 IR 接近感应系统设计而言，选择何种IR LED 是一项非常重要的决定。
IR LED 视角对最大检测距离
和范围有很大影响。
从LED 射出的IR 光形成一个圆锥状，圆锥顶角（大多数LED 能量从这里输出）被称为LED 视角。
图 5：窄视角和宽视角IR LED 的差异所有的 LED 都有一个特定的视角，一个窄视角LED 意味着发出的能量更加集中，比宽视角LED 照射的更远。
这意味着使用窄视角IR LED 将在窄检测区域中形成更远的检测范围，图5 说明了窄视角和宽视角IR LED 的差异。
当设计 IR 系统时，系统中被测物体的特点也是需要重点考虑的。
除了用于检测手势，IR 接近感应系统也能被用于检测无生命物体，如车库门（打开或关闭）。
检测较大物体时，由于有更多的IR 光被反射，检测距离将更远。
物体的颜色是另一个需要考虑的因素，因为IR 光与可见光有相同特
性，浅色物体比深色物体反射更多光线。
物体的颜色越深，越要接近IR 系统，因为仅有来自IR LED 的少量IR 光被反射到IR 传感器。
在消费电子、工业和汽车领域应用中，许多电子系统从非接触式反射中受益。
IR 接近感应为需要检测物体存在的系统提供了一个最佳方法。
接近感应也可用于检测最多三维空间内的动作，甚至是手势，使得下一代电子产品的人机界面更先进、更直观。
(主讲：Alan Pang，Silicon Labs 作者：Alan Sy，Silicon Labs)。