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    zai了解红wai之前,shou先,应该了解一下,什胏i呛靪ai线,或者叫红wai光。

     

    知道,光线也蕅ie恢址鴖he电磁bo,以ren类de经验而言,通chang謋u氖侨庋劭蒵iande光bo域是从400nm(紫光)dao700nm(红光)可襶uan籸en类眼睛gan觉de礿iang姆秝ei。

     

     

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    如图所蔶ing押旃庵畐ai、bo长760nmdao1mm之jian辐she叫做红wai光,红wai光是肉眼看bu礿iang模ü恍┨厥夤庋璞福瑈i然可以gan受dao。

     

    红wai线蕅ie恢謗en类肉眼看bujiande光,所以,它具觴ie鈊e一莤ie庀遜e所有特性。但同时,红wai线还有一种还具有非changxian著de热效应。所有高于绝对ling度即-273℃de物zhidu可以产生红wai线。

     

    因此,简单地说,红wai线是li用红wai线为介zhi来进行数据处理de一种。

     

     

     

    红waide种类

     

     

    红wai线蕅ie恢謗en类肉眼看bujiande光,所以,它具觴ie鈊e一莤ie庀遜e所有特性。但同时,红wai线还有一种还具有非changxian著de热效应。所有高于绝对ling度即-273℃de物zhidu可以产生红wai线。

     

     

    gen据发出方式bu同,红wai可分为主动式和被动式两种。

     

    1、主动红waide工作原理及特性

     

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    主动红waide发sheji发出一shu经调謕in暮靪ai光shu,被红wai接收ji接收,从而形成一条红wai光shu组成de警戒线。当yudao树叶、yu、小动物、雪、sha尘、雾zhe挡则bu应报警,ren或相当体积de物品zhe挡将发生报警。


    主动红wai探ce器技术主yaocai用一发一收,shu于线形防范,现zai已经从最初de单光shu发展dao多光shu,而qie还可以双发双受,最大限度dejiangdiwu报率,从而增强该产品de稳ding性,可靠性。

     

     

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    由于红wai线shu于环境因素bu相干性良好(对于环綾hi械na臁ei电、振动、ge类ren工光源及电磁干扰源,具有良好debu相干性)de探ce介zhi;同时也是mubiao因素相干性好de产品(只有阻断红waisheshudemubiao,才会触发报警),所以主动式红wai器将会dedao进一瞛iang耐乒愫陀τ谩Ⅻ/span>

     

     

    2、被动红wai器de工作原理及特性

     

    被动红wai是靠探ceren体发shede红wai线来进衳ieぷ鱠e。收集wai界de红wai辐she进而聚集dao红wai上。红wai通changcai用热释电元件,这种元件zai接收了红wai辐she温度发出变化时就会向wai蕋ou诺绾桑靋e处理后产生报警。

     

     

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    这謟hiqie蕴絚eren体辐she为mubiaode。所以辐she敏gan元件对bo长为10μmzuoyoude红wai辐she必须非chang敏gan。为了对ren体de红wai辐she敏gan,zai它de辐she照面通chang覆盖有特殊de滤光片,使环境de干扰受dao明xiande控謕u饔谩Ⅻ/span>

     

     

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    被动红waibao含两个互相串lian或并liande热释电元。而qie制成de两个电极化穓iao騴heng好相反,环境背jing辐she对两个热释电元糵u蹙哂邢嗤琩e作用,使其产生释电效应相互抵消,于是探ce器无信号输出。


    一旦入侵ren进入探cequ域内,ren体红wai辐she通过部分镜而聚焦,从而被热释电元接收,但是两片热释电元接收礿iang娜攘縝u同,热释电也bu同,bu能抵消,经信号处理而报警。

     

     

     

    gen据能量转huan方蔶iang腷u同,红wai线又可分为光子式和热释电式两种。

     

     

    1、光子式红wai

     

     

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    光子式红wai是li用红wai辐shede光子效应而进衳ieぷ鱠e。所谓光子效应,是謋u庇泻靪ai线入shedao某些半导体cai料上时,红wai辐she中de光子流与半导体cai料中de电子相互作用,改变了电子de能量状态,从而yin起ge种电学现xiang。


    通过ce量半导体cai料中电子性zhide变化,就可以知道相应红wai辐shede强弱。光子探ce器类型主yao有内光电探ce器、wai光电探ce器、自由zai流子式探ce器、QWIP量子阱式探ce器等。

     

     

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    光子探ce器de主yao特点是灵敏度高、响应速度kuai,具有jiao高de响应pin率,但que点是探cebo段jiao窄,襤ua愎ぷ饔赿i温(为保chi高灵敏度,changcai用液氮或温差电制冷等方式,将光子探ce器冷却至jiaodide工作温度)。

     

     

    2热释电式红wai

     

     

    热释电式红wai是li用红wai辐shede热效应yin起元件本身de温秖ue浠ci迪帜承┎问齞e检cede,其探ce率、响应速度dubu如光子型。


    但由于其可zai室温下使用,灵敏度与bo长无关,所以应用领域hen广。li用铁电体热释电效应de热释电型红wai灵敏度hen高,huode了广泛应用。

     

     

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    热释电效应某些绝缘物zhi受热时,sui着温度祅a仙瑉ai晶体两端将会产生数量相等而符号相反de电荷。这种由于萹ue浠鷇e电极化现xiangchen为热释电效应。热释电效应zai近十年被用于热释电红wai中。能产生热释电效应de晶体chen为热释电体,又chen为热电元件。热电元件chang用decai料有单晶、压电陶ci糰n叻肿颖o等。

     

    热释电红waide结构热释电红wai由以下四个主yao部分构成:

     

    ① 构成电路de铝基板、chang效应晶体管(FET);

    ② 具有热释电效应de陶cicai料;

    ③ 限制入she红waibo长de窗口cai料;

    ④ wai壳TO—5型管帽和管座。

     

     

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    由于探ce器元件单独使用时,cunzai着探ce距离jiao短、huodede信号后xu电路bu易处理debu足,所襶ue壳岸嘌∮煤靪ai组合件来探ce。红wai组合件由热释电红wai、透镜、ce量转huan电路和mi封管壳构成]。透镜可以扩大探ce范wei,提高ce量de灵敏度;ce量转huan电路可以完成滤bo、放大等信号处理过程;mi封管壳能防止因wai界噪shengyin起de错wu动作。这种组合件体积小、成本di、功能多样,所以应用广泛。

     

     

     

    红waide应用

     

     

    从mu前应用de情况来看,红wai有如下几个you点:

     

    1、环境适应性you于可jian光,尤其是zai夜jian和恶劣天候下de工作能力;


    2、隐蔽性好,襤ua鉪u是被动接收mubiaode信号,比lei达和激光探ce安全qie保mi性强,bu易被干扰;


    3、由于mubiao和背jing之jiande温差簍ouhe率差形成de红wai辐she特性进行探ce,因而识别伪装mubiaode能力you于可jian光;


    4、与lei达蟙i诚啾龋靪ai蟙i砫e体积小,重量qing,功耗di;

     

     

     

    gen据红wai上述de衴ue芴氐悖梢苑⒄钩龆嘀謆u种de红wai探ce器。

     

     

     

     

    li用其光效应:

     

    1、光电导探ce器:又chen光敏电阻。半导体吸收能量足够大de光子后,体内一些zai流子从shu缚态转变为自由态,从而使半导体电导率增大,这种现xiangchen为光电导效应。li用光电导效应制成de光电导探ce器分为多晶薄mo型和单晶型两种。

     

    2、光伏探ce器:主yaoli用p-n结de光生伏特效应。能量大于jin带kuan度de红wai光子zai结qu及其附近激发电子空xue对。cunzaide结电chang使空xue进入pqu,电子进入nqu,两部分出现电wei差,wai电路就有电压或电流信号。与光电导探ce器比jiao,光伏探ce器背jing限探ce率大40%,bu需yaowai加偏置电chang和fuzai电阻,bu消耗功率,有高de阻抗。

     

    3、光发she-Schottky势lei探ce器:jinshu和半导体接触,形成Schottky势lei,红wai光子透过Si层被PtSi吸收,使电子huode能量跃迁至费mi能级,留下空xue越过势lei进入Sichendi,PtSi层de电子被收集,完成红wai探ce。

     

    4、量子阱探ce器(QWIP):将两种半导体cai料用ren工方fa薄层交替生长形硈haЦ瘢瑉ai其界面有能带突变,使de电子和空xue被限制zaidi势能阱内,从而能量量子化形成量子阱。

     

    li用量子阱中能级电子跃迁原理可以做红wai探ce器。因入she辐she中只有垂直于超晶格生长面de电极化矢羕e鹱饔茫庾觢i用率di;量子阱中基态电子nong度受掺杂限制,量子效率bu高;响应光puqu窄;di温yao求苛刻。

     

     

    li用其热效应:

     

    1、液态de水银温度计及qi动de高莱池(Golay cell):li用了cai料de热胀冷缩效应。

     

    2、热电ou和热电dui:li用了温度梯度可使bu同cai料jian产生温差电动蕄in奈虏畹缧вΑⅫ/p>

     

    3、石英共振器非制冷红wai成像列阵:li用共振pin率对温度敏gande原理纁i迪趾靪ai探ce。

     

    4、ce辐she热计:li用cai料de电阻或介电chang数de热敏效应—辐sheyin起温升改变cai料电阻—用以探ce热辐she。因半导体电阻有高de温度系数而应觤i疃啵琧e温辐she热计changchen“热敏电阻”。

     

    另wai,由于高温超导cai料出现,li觤i湮露雀浇缱瓒副鋎e超导探ce器yin起重视。如guo室温超导成为蟴hi担?1世纪最yinren注mude一类探ce器;

     

    5、热释电探ce器:有些晶体,如硫酸三gan酞、ni酸飍ue档龋笔躣ao红wai辐she照she温度升高时,yin起自发极化强秖ue浠醙uozai垂直于自发极化穓iao騞e晶体两个wai表面之jian产生微小电压,由此能ce量红wai辐shede功率。

     

     

     

    按照应用功能、chang所debu同,红wai应用大体上可分成以下几类:


     

     

    辐she量、光puce量

     

    该类ce量仪器用途广泛,如基于中红wai辐shece量de地面辐she强度计,可用于如全qiu变暖等deqi候变化观察uan谠逗靪ai辐shece量de红wai空jian望远镜,可用于宇zhou天体天文观察;配带红wai光苲i璺鴖he仪deqixiang卫星,可实现对云层等deqixiang观察分xi。zai工kuangqi业謝iaoτ胘iao多de是基于辐she量ce量de红wai温度计和基于红wai光puce量de红wai分xi仪。

     

     

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     搜索和跟踪蟙i颤/strong>

     

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    熟知战斗ji携带de近距格斗空空导dan就是使用了红wai跟踪蟙ichang腔趍ubiao所发出de处于红wai光pu范wei内de电磁辐shebo,来搜索和跟踪红waimubiao,确ding其空jianwei置,并对其运动轨迹进行跟踪de蟙ichangⅫ/p>

     

    红wai搜索跟踪器de图像品zhi取决于与像素大小和像素数量相关de空jian分辨率。也就是说,若仪器像素数越高,像素尺寸越小,则其xian示de图像越清晰,縮hang阉鱠e距离则越远。

     

    擅长基于MCT(di镉汞)冷却红wai检ce器技术defaguoSofradir公司,近qi推出了高衴ue躣e基于10μm像距MWIR中红waideIRST红wai搜索和跟踪蟙ichang捎糜趂ei行yuan或士兵bulunbai天籫uqie雇恚cigu莦ai烟或雾环境下,葃ue苡行侗稹⒎直妗ingwei远达10km以waide小mubiao。

     

     

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    热成像蟙i颤/strong>

     

    热成像仪是li用红wai探ce器和光学成像物綿ao邮鼙籧emubiaode红wai辐she能量分布图形反映dao红wai探ce器de光敏元件上,从而huode红wai热像图,这种热像图与物体表面de热分布chang相对应。通su地讲热像仪就是将物体发出debu可jian红wai能量转变为可jiande热图像。热图像祅a厦鎑ebu同颜色代表被ce物体debu同温度。

     

     

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    任何有温度de物体du会发出红wai线,热像仪就是接收物体发出de红wai线,通过有颜色de图片来xian示被ce量物表面de温度分布,gen据温度de微小差异来找出温度de异chang点,从而起dao与维护de作用。襤ua阋瞔hen作红wai热像仪。

     

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    热像仪zai最早蕅ie蛭耺ude而de以kai发,近年来xun速向民用工业领域扩展。热像仪de应用非chang广泛,只yao有温度差异de地方du有应用。

     

    比如:zai建筑领域,检cha空鼓、que陷、ci砖脱luo、受潮、热qiao等;zai消防领域可以cha找火源,判ding事gude起因,cha找烟雾中de受shang者;公安蟙i晨梢哉乙筳ian藏匿deren;汽车生产领域可以检ce轮胎de行走衴ue堋⒖盏鞣⑷ren俊⒎⒍痡i、排qihou等衴ue埽灰窖Э梢约靋ezhen灸效guo、早qi发现bi咽ai、乳xianai等疾病;电力检cha电线、连接处、kuai关闸、变电柜等。

     

     

    红wai通信蟙i颤/strong>

     

    是cai用调制后de红wai辐she光shu传输bian码后de数据,再由gui光电二极管将收礿iang暮靪ai辐she信号转huan成电信号,实现近距离通信de一种蟙ichang>哂衎u干扰其它邻近设眆u膠hengchang工作,特别适用于ren口高mi度qu域de户内通信deyou点。此wai,该通信蟙i郴咕哂衐i功耗、di成本、安全可靠de特点。

     

     

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    其它

     

    红wai传gan技术还广泛用于门jin报警与控制、照明控制、火灾检ce、有毒有害qi体xielou检ce、红waice距、cai暖通风等其它综合应用chang合。zai德guo纽伦堡举办de“SENSOR+TEST”展览会上,faguoULIS公司展出了其最新研謕in摹ai用羢u钚耫e片上(on-chip)chuang新技术(如cai用I2Cbiaozhun接口、di功耗管理等)de红wai热式阵列Micro80P产品。

     

    该阵列基于有着jiao高可靠性de非晶gui技术,灵敏度高达80×80像距,其衴ue茉对冻搅藌aimu前运动检ce器中所用de单元件或四元件热式,大大提升了工业级红wai热检cede能力。

     

    该产品bu仅可以用于检ce温度点或温度面和探ce运动,也可以实现秠ue縝iao或ren体活动de计数、dingwei簍ou掷嗟裙δ堋H鐉aiHVACchang合,可用于对房jian内derenyuan进行计数,对房jian墙壁温度进行ce量,从而对室内cai暖和空调蟙i辰凶远fu鹘冢迪纸ㄖ镒畲蟪潭萪e节能jiang耗。

     

     

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    红waide发展

     

     

     

    sui着ke学技术水苆iang奶岣摺⒓扑鉰i微处理器技术de发展、现代数字信号处理技术de提升、新型半导体等cai料de推出和加工制造工yide进步,红wai近年发展xun猛。据guowai某研究ji构yuce,红wai全qiu销售额将会从2010年de$1.52亿美元增长dao2016年de2.86亿美元。

     

    近年来,红waide发展趋势主yao体现zai以下四个方面:

     

    一是cai用新型cai料和处理技术,使dede红wai探ce率提高,响应bo长增大,响应时jian缩短,像素灵敏度和像素mi度更高,抗干扰衴ue芴岣撸杀緅iangdi。如Pyreos和Irisys公司已推出薄mo和陶ci混合de新型热释电敏gan技术,使de敏gan元件可以实现阵列化。

     

    二是de大型化和多功能化。sui着微电子技术de发展和de应用领域debu断扩大,红waizheng从小型、单一功能,向大型化、多功能化穓iao蚍⒄埂Ⅻ/p>

     

    如guowai所研謕in拇笮秃靪ai(16×16dao64×64像素)除可进行温度changce量wai,还可huode先进de、小型红wai所bu具有deren体探ce功能(即可精确dingwei个renzai空jian中dewei置,糲i箁en瞙uan疃部墒侗鸪觯┗虼笮蛁u域de安全监视等功能,十穤hi室擞诩彝プ远⒁絣iao保jian、安全防护等chang合de应用。

     

    此wai,新型多光pude研制,也大大改shan了红wai成像阵列de功能性。

     

    三是de智能化。新型de智能红wai通chang内置多个微处理器,具备fu里叶变huan、小bo变huan等先进数字信号处理或补偿功能,自诊断功能,双向数字通信等功能,使dede稳ding性、可靠性、信噪比、bianli性等衴ue艽蟠筇岣摺Ⅻ/p>

     

    四是de进一步微型化、集成化。cai用片上集成技术(bao括盲元替代、非均yun性xiaozheng、部分图像处理功能等)和其它新de器件结构及新de制造工yi技术,zaiMEMS(微ji电蟙ichang踔粱趎amike技deNEMS(naji电蟙ichang┩贫拢靪ai尺寸大为缩小,功耗大大jiangdi,集成度xian著提高。

     

    由于红waideyou越衴ue埽矶嘀髁饕潜硌芯康ei和生产制造商对它de研发投入也越来越高。

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

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