红外辐射传感器的工作原理与特性

该资源是一份关于辐射式传感器的PPT，主要讲解了红外辐射传感器、超声传感器以及表面声波（SAW）传感器的相关知识，来自西安交通大学。 辐射式传感器，尤其是红外辐射传感器，是利用物质对电磁辐射的吸收、发射或散射等现象进行测量的一种设备。在红外领域，有几个重要的定律对于理解传感器的工作原理至关重要。 1. 基尔霍夫定律：它指出物体的辐射能量不仅取决于其温度，还与其吸收辐射的能力有关。对于理想黑体，其吸收系数α为1，表示它能够完全吸收所有波长的辐射。 2. 斯蒂芬-玻尔兹曼定律：该定律描述了物体的辐射功率与其热力学温度的四次方成正比，其中比辐射率ε是非黑体的辐射强度与黑体在同一温度下的辐射强度之比。随着温度的增加，物体辐射强度显著增强。 3. 普朗克定律：给出了在特定温度和波长下，黑体的光谱辐射通量密度。这个定律揭示了辐射能量随温度和波长的变化关系，以及峰值辐射波长随温度升高而向短波方向移动的现象。 4. 维恩位移定律：它表明峰值辐射波长与物体温度成反比，意味着高温物体的峰值辐射波长较短，低温物体的峰值辐射波长较长。 红外传感器根据工作原理可分为光敏型和热敏型两类： - 光敏型红外传感器基于光电效应，能直接将接收到的红外辐射转化为电能。这类传感器在低温下具有高灵敏度和快速响应，但对波长范围的选择性较强。 - 热敏型红外传感器则将吸收的红外光转化为热能，通过器件温度变化来检测辐射。它们通常在常温下工作，对红外光谱范围的响应更广泛，且价格相对较低。例如，热电偶、热电阻和热释电式红外传感器都是热敏型的例子。 超声传感器则是利用超声波进行检测的设备，常用于距离测量、物位监测、速度检测等，通过发送超声波并接收回波来计算相关信息。 表面声波（SAW）传感器利用声波在材料表面传播的特性，常应用于频率控制、传感器和通信技术中。它们对压力、温度等物理量的变化非常敏感，因此在各种环境监测和工业应用中具有广泛应用。 这份PPT涵盖了辐射式传感器的基本理论和分类，特别是红外辐射传感器的原理和类型，对于理解和设计这些传感器有重要参考价值。