常見傳感器分類和工作原理

3 紅外傳感器

另一種傳感器也非常常用，在非典期間就經(jīng)常出現(xiàn)紅外溫度傳感器，紅外線傳感器是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)出來的物理效應(yīng)探測紅外輻射的傳感器，多數(shù)情況下是利用這種相互作用所呈現(xiàn)出的電學(xué)效應(yīng)。

自然界一切溫度高于絕對零度（-273.15℃）的物體。由于分子的熱運(yùn)動都在不停地向周圍空間輻射包括紅外波段在內(nèi)的電磁波。其輻射能量密度與物體本身的溫度關(guān)系符合普朗克（Plank）定律。紅外測溫的原理是一樣的，都是根據(jù)普朗克原理。一般理解紅外測量的是物體的溫度。其實測的是目標(biāo)物與傳感器或者說是物體與環(huán)境溫度之間的差值。物體輻射能量的大小直接與該物體的溫度有關(guān)。具體地說，是與該物體熱力學(xué)溫度的4次方成正比。用公式可表達(dá)為：

E=δε（T4-T4o） （1）

式中，E是輻射出射度。單位是W／m3；

δ是斯蒂芬一波爾茲曼常數(shù)，5.67x10-8W／（m2·K4）；

δ是物體的輻射率：

T是物體的溫度（K）；

To是物體周圍的環(huán)境溫度（K）。

人體主要輻射波長為9 μm-10 μm的紅外線。通過對人體自身輻射紅外能量的測量便能準(zhǔn)確地測定人體表面溫度。由于該波長范圍內(nèi)的光線不被空氣所吸收，因而也可利用人體輻射的紅外能量精確地測量人體表面溫度。

紅外溫度傳感器利用熱電偶原理，測量目標(biāo)物與傳感器或者物體與環(huán)境溫度之間的差值。熱電偶的原理是二種不同的金屬A和B構(gòu)成一個閉合回路，當(dāng)二個接觸端溫度不同時（T>To），回路中產(chǎn)生熱電勢Eab，其中T稱為熱端、工作端或測量端，To稱為冷端、自由端或參比端。A和B稱為熱電極。熱電勢的大小由接觸電勢（也叫伯爾貼電勢）和溫差電勢（也叫湯姆遜電勢）決定。

4 結(jié)語

在溫度測量系統(tǒng)中，溫度傳感器是一個重要的器件，它的性能直接影響溫度測量的準(zhǔn)確度。需要根據(jù)不同的測量精度來選擇傳感器，對于紅外溫度傳感器來說，因為它是非接觸式的，所以對環(huán)境的要求特別高，采用熱電偶的測量原理，對環(huán)境溫度進(jìn)行補(bǔ)償，從而獲得準(zhǔn)確的測量效果。紅外線傳感器產(chǎn)品一般采用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字信號處理，對其采集到的溫度電信號進(jìn)行處理。再經(jīng)過濾波和放大，把溫度的標(biāo)準(zhǔn)電信號提取出來進(jìn)行MD轉(zhuǎn)換，最終在液晶顯示器（LMD）上顯示出來。