第9章光学传感器-医用传感器讲义

Page 6
医学仪器教研室
◆热探测器主要类型有热释电型、热敏电阻型、 热电偶 型和气体型探测器。而热释电探测器在热探测器中探 测率最高，频率响应最宽，所以这种探测器倍受重视， 发展很快。这里主要介绍热释电探测器。热释电红外 探测器由具有极化现象的热晶体或被称为 “铁电体” 是的材料制做的。“铁电体”的极化强度（单位面积 上的电荷）与温度有关。当红外辐射照射到已经极化 的铁电体薄片表面上时，引起薄片温度升高，使其极 化强度降低，表面电荷减少，这相当于释放一部分电 荷，所以叫做热释电型传感器。
Page 7
医学仪器教研室
8.3.3 红外传感器的应用
◆红外传感器可用于设计人体检测仪。人体、动物等具有表面 温度的物体都能辐射出远红外波。辐射的红外线波长跟物体 有关，表面温度愈高，辐射的能量愈强。
◆红外线的中心波长约10μm。采用中心波长的双元件，如热 释电红外线传感器，可检测人体发射的红外线，且与穿的衣 服多少无关。
100u 0
C6 100u
R3 0 100k
C2
R4
10k 10u R2 47k
C3 R5 10u 100k
+ +
-
C4
0.47u R6
270k
A1
R8 100k
C5 10u
C7 100u 0
R7 10k
C6
0.47u R10 1.5M A2
C9
10u
R9
100k
+9
R11 15k
RW R12
+
4.7k 1k
Page 12
医学仪器教研室
A3
R13
-
10k
A
R15 2k
R14
C10
8.2k
0.1u
LED
0
Page 9医学仪器教ຫໍສະໝຸດ 室+12V9V
1 VOUT VIN 3
LM78L09A/TO
D2
C14
J
100u
U5
D1 A
R16 3.3k
R18 R19 20k 1M
D2 D3
7 DSCHG
5 4 6 2
CV RST THR
TRG
OUT 3
光学传感器
8.3 红外传感器
红外传感器按其应用可分为以下几方面： ① 红外辐射计，用于辐射和光谱辐射测量； ② 搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间
位置并对它的运动进行跟踪； ③ 热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像，如红
外图像仪、多光谱扫描仪等； ④ 红外测距和通信系统；
⑤ 混合系统，是指以上各类系统中的两个或多个的组合。
R20 20k
Q2 9013
7 DSCHG
5 4
CV
6 2
RST THR TRG
8 VCC
OUT 3
R17 2.2M
C12 10u
Q1 9014
C13 100u
8 VCC
NE555
R21 200k
NE555
0
（b） 图8-48 红外人体探测电路
Page 10
医学仪器教研室
Page 11
医学仪器教研室
◆采用双元件的传感器可以消除环境温度变化引起的误动作。 为了提高检测距离，采用焦距为15～20mm的聚光光学系统， 这样可使检测距离为10～12m，视角为70 左右。
Page 8
医学仪器教研室
◆人体检测电路包括传感器、放大滤波电路、比较器和 驱动电路几个部分，其主体电路如图8-48（a）所示。
R1 1k C1
Page 2
医学仪器教研室
8.3.1红外辐射
红外辐射俗称红外线，它是一种不可见光，由于是位于可见光中红 色光以外的光线，故称红外线。它的波长范围大致在0.76~1000 μm ，红外线在电磁波谱中的位置如图。
Page 3
医学仪器教研室
◆工程上又把红外线所占据的波段分为四部分，即近红外、中 红外、远红外和极远红外。
Page 4
医学仪器教研室
8.3.2红外探测器（传感器）
◆能将红外辐射量的变化转换为电量变化的装置称为红外探测 器或红外传感器。
◆红外传感器一般由光学系统、探测器、信号调理电路及显示 系统等组成。
◆红外探测器种类很多，常见的有两大类：热探测器和光子探 测器。
Page 5
医学仪器教研室
1．热探测器
◆热探测器对入射的各种波长的辐射能量全波吸收，它是一种对 红外光波无选择的红外传感器。
◆探测器的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使有关物 理参数发生相应变化，通过测量物理参数的变化，便可确定探 测器所吸收的红外辐射。
◆与光子探测器相比，热探测器的探测率比光子探测器的峰值探 测率低，响应时间长。但热探测器主要优点是响应波段宽，响 应范围可扩展到整个红外区域，可以在室温下工作，使用方便， 应用仍相当广泛。
◆红外线的最大特点是具有光热效应，可以辐射热量，它是光 谱中的最大光热效应区。一个炽热物体向外辐射的能量大部 分是通过红外线辐射出来的。物体的温度越高，辐射出来的 红外线越多，辐射的能量就越强。而且，红外线被物体吸收 时，可以显著地转变为热能。红外辐射和所有电磁波一样， 是以波的形式在空间直线传播的。它在大气中传播时，大气 层对不同波长的红外线存在不同的吸收带，红外线气体分析 器就是利用该特性工作的。