淺談紅外溫度傳感器的原理及應(yīng)用

紅外溫度傳感器原理

1、市場現(xiàn)狀

目前市面上主要的紅外溫度傳感器基本上都是采用熱電堆技術(shù)，為被動紅外傳感器；理論上凡是高于絕對零度的物體都會發(fā)射紅外光，紅外溫度傳感器就是接收被測物體反射紅外光的多少再經(jīng)過一系列的算法得出被測物體的表面溫度。

現(xiàn)在市場上紅外溫度傳感器大致分為兩種，一種是模擬的一種是數(shù)字的，顧名思議，模擬的傳感器輸出的是模擬信號這個需要客戶單位設(shè)計一套信號處理電路以及開發(fā)算法來處理（對客戶單位的技術(shù)要求比較高，開發(fā)周期比較長）；而數(shù)字傳感器就不存在這個問題，便于客戶的二次開發(fā)。

2、技術(shù)原理

我們知道，光線也是一種輻射電磁波，我們把紅光之外、波長0.75μm到1000 μm之間輻射叫做紅外光，紅外光是肉眼看不到的，但通過一些特殊光學(xué)設(shè)備，我們依然可以感受到。溫度傳感器一般采用5μm～14 μm的紅外光作為溫度測量的波段。

紅外熱電堆是基于seebeck效應(yīng)工作的傳感器，它由多個熱敏元件組成，每個元件都能產(chǎn)生一個微弱的電壓信號。當(dāng)被測物體發(fā)的紅外光被傳感器接收時，這些元件會受到不同程度的加熱，進而產(chǎn)生不同大小的電壓信號，通過測量這些信號幅值和頻率，再加上核心的算法，就可以得被測物體的溫度。

3、物體的發(fā)射率

理論上凡是高于絕對零度的物體都會發(fā)射紅外光，不同的物體對紅外光的發(fā)射率是不一樣的，就是相同材質(zhì)的物體表面處的的不同和溫度的不同它的發(fā)射率也會不一樣，如：

發(fā)射率是被測量物體發(fā)射紅外能量的能力。發(fā)射率的值可以從0(亮鏡)到1.0(黑體)。大多數(shù)有機、油漆或氧化表面的發(fā)射率值接近0.95 在實際應(yīng)用中，想得到被測物體的準(zhǔn)確溫度，就需要知道被物的發(fā)射率，常見物體的發(fā)射率在網(wǎng)上基本能查得到。

4、 紅外溫度傳感器的優(yōu)勢

節(jié)省時間 -- 典型的紅外溫度測量耗時小于500 mS。

測量移動目標(biāo)。

測量危險或無法接觸的物體（高壓部件、較大的測量距離）。

測量高溫（高于1300°C） 無能量干擾或能量損耗。 沒有對目標(biāo)造成污染和機械影響的風(fēng)險。

紅外技術(shù)已經(jīng)被成功應(yīng)用至工業(yè)和研究設(shè)置領(lǐng)域，隨著成本降低和可靠性提高的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，紅外技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了可提供更小測量單位的傳感器。所有這些因素都促使紅外技術(shù)受到新應(yīng)用和用戶的廣泛關(guān)注

5、影響紅外傳感器測量精度的幾個因素

1.傳感器到目標(biāo)（測量點）的距離 紅外傳感器的光學(xué)系統(tǒng)可收集圓形測量點發(fā)出的紅外能量，并將其聚焦在探測器上。每款傳感都一定FOV視角，要確保在二次開發(fā)的時候結(jié)構(gòu)上在傳感器視角范圍內(nèi)無遮擋，并確保被測物體傳感器的視角范圍內(nèi)。

2.環(huán)境條件 應(yīng)注意工作區(qū)域的環(huán)境條件，蒸汽、灰塵、煙霧等因素都可能會遮擋測溫設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)，從而妨礙精確測溫。

3.環(huán)境溫度 盡量避免傳感器的環(huán)境溫度出現(xiàn)大幅度的變化，如果需要在溫差高達 20 度或更高的環(huán)境下使用測溫儀，則應(yīng)至少等候 20 分鐘以使其適應(yīng)新的環(huán)境溫度。

4.輻射率 輻射率是用于衡量物體輻射紅外能量能力的物理量，輻射的能量可指示物體的溫度，輻射率值在 0（光亮鏡面）和 1.0（黑體）之間取值。

紅外溫度傳感器的應(yīng)用

1、產(chǎn)品推薦

溫度是自然世界中一個基本的物理量，當(dāng)前用于測量溫度的方法有很多，我們就非接觸式紅外傳感器的一些典型的應(yīng)用做一點闡述。

作為一名專業(yè)的從業(yè)人員，首先介紹一下我司的產(chǎn)品，純國產(chǎn)的高精度數(shù)字紅外溫度傳感器；以下產(chǎn)品均為單點式紅外傳感器，現(xiàn)在已完成了國內(nèi)首個超高溫（超1000℃）傳感器的量產(chǎn)

2、紅外溫度傳感器在電力、能源及數(shù)據(jù)中心等場景的應(yīng)用

高壓電力設(shè)備、新能源電池及數(shù)據(jù)中心等在運行過程中會產(chǎn)生大量的熱量，如果不能有效的控制設(shè)備的溫度，會導(dǎo)致設(shè)備過熱，損壞甚至發(fā)生火災(zāi)等嚴(yán)重后果。 使用非接觸式紅外溫度傳感器建立一套溫度實時監(jiān)控系統(tǒng)，將溫度傳感器安裝在設(shè)備關(guān)鍵的位置，來實時的監(jiān)控設(shè)備的溫度變化。監(jiān)控數(shù)據(jù)實時的傳送回控制中心，當(dāng)達到一定的溫度時，系統(tǒng)會及時調(diào)整設(shè)備狀態(tài)，并向操作人員報警。

相比于紅外熱成像，溫度傳感器在實時監(jiān)控上具有很大的優(yōu)勢，

1、溫度傳感器比熱成像便宜很多

2、數(shù)據(jù)傳輸量小

3、測量精度比熱成像要高

相比于傳統(tǒng)接觸式溫度傳感器，紅外溫度傳感器更是有不可替代的優(yōu)勢

1、響應(yīng)速度快

2、便于安裝

3、對設(shè)備沒有任何影響

紅外溫度傳感器在公共安領(lǐng)域的應(yīng)用

采用紅外溫度傳感器建立一套火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，與無人機及其他消防設(shè)施一起聯(lián)動，具有以下優(yōu)勢

1. 及早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)：紅外感應(yīng)技術(shù)可以監(jiān)測到火災(zāi)的熱源，及時發(fā)現(xiàn)并報警，以便及早采取滅火措施，防止火勢擴大。

2. 提高火災(zāi)處理效率：紅外感應(yīng)防火報警器可以精確定位火災(zāi)，減少搜索和調(diào)度時間，提高了滅火行動的效率，降低了滅火成本。

3. 提高管理效果：紅外感應(yīng)防火報警器可以實現(xiàn)實時監(jiān)測，幫助管理部門及時了解火災(zāi)情況，采取相應(yīng)措施，提高管理的科學(xué)性和精細(xì)化。

審核編輯 黃宇