一種典型的光學(xué)式結(jié)冰傳感器為光纖式結(jié)冰傳感器,是用兩根同心結(jié)構(gòu)的光纖,中心圓形為發(fā)射光纖,可以發(fā)出紅外光;外圍圓環(huán)形為接收光纖,可以接受和檢測(cè)散射和反射回來(lái)的紅外光。
美國(guó)NASA曾提出過(guò)一種微加工工藝制作的電容式結(jié)冰傳感器,敏感結(jié)構(gòu)是一個(gè)7微米厚度薄膜,整個(gè)薄膜為擴(kuò)散硅層,作為電容的公共電極。用靜電鍵合工藝將薄膜和一個(gè)有HF腐蝕的凹槽的pyrex玻璃鍵合到一起,將凹槽封閉為電容間隙。凹槽里有兩個(gè)同心的方形電極,中心正方形的為驅(qū)動(dòng)電極,外圍回字形的為檢測(cè)電極。驅(qū)動(dòng)電極和公共電極之間加靜電,平膜變形。檢測(cè)電極和公共電極之間的電容稱為檢測(cè)電容。平膜上有結(jié)冰時(shí),結(jié)冰增大了平膜剛度,使平膜變形量減小,檢測(cè)電容兩電極之間的距離增大,檢測(cè)電容減小。通過(guò)檢測(cè)電容的減小量來(lái)確定結(jié)冰厚度。
紅外線傳感器常用于無(wú)接觸溫度測(cè)量,氣體成分分析和無(wú)損探傷,在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如采用紅外線傳感器遠(yuǎn)距離測(cè)量人體表面溫度的熱像圖,可以發(fā)現(xiàn)溫度異常的部位。
紅外線傳感器特別是利用遠(yuǎn)紅外線范圍的感度做為人體檢出用,紅外線的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)而比電波短。紅外線讓人覺(jué)得只由熱的物體放射出來(lái),可是事實(shí)上不是如此,凡是存在于自然界的物體,如人類、火、冰等等全部都會(huì)射出紅外線,只是其波長(zhǎng)因其物體的溫度而有差異而已。人體的體溫約為36~37°C,所放射出峰值為9~10μm的遠(yuǎn)紅外線,另外加熱至400~700°C的物體,可放射出峰值為3~5μm 的中間紅外線。
該報(bào)警器能探測(cè)人體發(fā)出的紅外線,當(dāng)人進(jìn)入報(bào)警器的監(jiān)視區(qū)域內(nèi),即可發(fā)出報(bào)警聲,適用于家庭、辦公室、倉(cāng)庫(kù)、實(shí)驗(yàn)室等比較重要場(chǎng)合防盜報(bào)警。裝置電路原理見(jiàn)圖1。由紅外線傳感器、信號(hào)放大電路、電壓比較器、延時(shí)電路和音響報(bào)警電路等組成。紅外線探測(cè)傳感器IC1探測(cè)到前方人體輻射出的紅外線信號(hào)時(shí),由IC1的②腳輸出微弱的電信號(hào),經(jīng)三極管VT1等組成級(jí)放大電路放大,再通過(guò)C2輸入到運(yùn)算放大器IC2中進(jìn)行高增益、低噪聲放大,此時(shí)由IC2①腳輸出的信號(hào)已足夠強(qiáng)。IC3作電壓比較器,它的第⑤腳由R10、VD1提供基準(zhǔn)電壓,當(dāng)IC2①腳輸出的信號(hào)電壓到達(dá)IC3的⑥腳時(shí),兩個(gè)輸入端的電壓進(jìn)行比較,此時(shí)IC3的⑦腳由原來(lái)的高電平變?yōu)榈碗娖?。IC4為報(bào)警延時(shí)電路,R14和C6組成延時(shí)電路,其時(shí)間約為1分鐘。當(dāng)IC3的⑦腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí),C6通過(guò)VD2放電,此時(shí)IC4的②腳變?yōu)榈碗娖剑cIC4的③腳基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較,當(dāng)它低于其基準(zhǔn)電壓時(shí),IC4的①腳變?yōu)楦唠娖?,VT2導(dǎo)通,訊響器BL通電發(fā)出報(bào)警聲。人體的紅外線信號(hào)消失后,IC3的⑦腳又恢復(fù)高電平輸出,此時(shí)VD2截止。由于C6兩端的電壓不能突變,故通過(guò)R14向C6緩慢充電,當(dāng)C6兩端的電壓其基準(zhǔn)電壓時(shí),IC4的①腳才變?yōu)榈碗娖?,時(shí)間約為1分鐘,即持續(xù)1分鐘報(bào)警。
紅外傳感器是紅外探測(cè)系統(tǒng)中很重要的部件,但它很嬌氣,使用中如果不注意就有可能導(dǎo)致紅外傳感器損壞。因此,紅外傳感器在使用中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
(1)注意了解紅外傳感器的性能指標(biāo)和應(yīng)用范圍,掌握它的使用條件。
(2)關(guān)注傳感器的工作溫度,一般要選擇能在室溫下工作的紅外傳感器,便于維護(hù)。
(3)適當(dāng)調(diào)整紅外傳感器的工作點(diǎn)。一般情況下,傳感器有一個(gè)佳工作點(diǎn)。只有工作在佳工作點(diǎn)時(shí),紅外傳感器的信噪比大。
(4)選用適當(dāng)前置放大器與紅外傳感器配合,以獲取佳探測(cè)效果。
(5)調(diào)制頻率與紅外傳感器的頻率響應(yīng)相匹配。
(6)傳感器的光學(xué)部分不能用手摸,擦,防止損傷與沾污。
(7)傳感器存放時(shí)注意防潮,防振,防腐。