红外线传感器

“智慧地球的核心技术就是传感器的应用，因为传感器包含了很多信息。上海建设智慧城市，更需要传感器，特别是其中的红外线技术服务于城市生活和管理。”全国人大代表、中科院院士褚君浩说。　　　　昨天下午，市人大常委会主任刘云耕一行走访中科院上海技术物理研究所，就“红外线眼睛”对城市生活和城市管理的影响，褚君浩代表的解析深入浅出，让人开眼。　　　　人体安检安全可靠　　　　一个人走在人群里，西装革履，西服外套搭在手臂上，貌似安闲；其实，西服下是一把握在手中的尖刀―――这一切，都未能逃过“红外线眼睛”。　　　　“可见光的波长在0.4-0.7微米，红外线的波长大于0.7微米，而这种能透视人体的红外线波长则达到了300微米。”褚君浩说，波长越大，光子能量就越小，对人体的伤害也就越小；红外线技术运用于人体安检，是一种安全可靠的新技术。　　　　目前，无论是航空港，还是地铁安检，通用技术都是X射线和电磁设备―――检查箱包借助X射线，人身安检借助电磁设备，X射线不能用于人身安检，因为它对人体有害。“基于红外线安检的特性和优势，将来城市管理中日益普及这种新技术，也是大势所趋。”褚君浩说。　　　　守护老人居家平安　　　　2010年上海老龄人口信息显示，本市纯老年人家庭老人约有86.38万人，其中独居老人18.8万人。“红外线眼睛”也可以做独居老人的“守护神”。　　　　老人家中安装红外线感应器后，如果在一定时间段内，老人没有经过这个感应器，就很可能出了什么问题，感应器就向社区居家养老服务中心的终端报警，志愿者会立即上门探视，避免老人“有事无人应”。　　　　“这样的红外线技术应用并无多大难度。”褚君浩说，以信息化为特征的智慧城市，更需要“红外线眼睛”关注老年群体。　　　　技术推广先要科普　　　　200年前，红外线被人类发现。近年来，红外线技术在民用技术中的应用，也已初露端倪。　　　　“大家熟悉的风云气象卫星，就安装了不同类型的‘红外线眼睛’，波长分别在1-3微米，3-5微米，以及8-14微米，各种‘眼睛’各司其职，它们共同的特点就是―――黑暗中也看得见。”褚君浩说，其实，只要给普通照相机安装上“红外线眼睛”，风雨中、暗夜里的拍摄，也不再是麻烦事。　　　　“目前的一个常见问题是，不能从国外获取核心技术的产品，我们就能自己研发；而能从国外买来的产品，我们往往就失去抢占市场制高点的动力。”褚院士希望“红外线眼睛”能跳出这个怪圈。另外,技术推广的一个前提是科普，科普能让更多的人了解“红外线眼睛”。

红外测温仪里有一种叫红外线温度传感仪器，这种新型温度传感器的测量灵敏度为：ΔT=ΔL/L(α1-α2)，，△L就是红外位移传感器对有机玻璃长度测量的灵敏度。它们的主要作用是：利于高精度的螺旋测微器进行定标，最终得到我们想要的，较精度(3×10-7m)的位移测量仪。　　我们采用微品玻璃陶瓷材料制成一个圆筒，这种微晶玻璃陶瓷材料具有真空性好、耐高低温、绝缘和耐酸碱腐蚀等性能，其基本性能指标如下：使用温度-273℃～1000℃体积电阻率1.08x1014Ω·cm，热膨胀系数为αl=8.6x10-6/℃，微品玻璃陶瓷抗热冲击性能非常好，从800℃急冷至0℃不破碎，200℃急冷到0℃强度不变化。　　在筒内的一端固定一根长L=10cm的薄有机玻璃圆筒，在筒内另一端固定一个红外位移传感器，并且让有机玻璃棒的自由端将红外接收管的接收面遮住一半，使其工作在线性度最好的区域。由于有机玻璃的热膨胀系数为α2=1.7x10-4/℃，两者相差达2个数量级，所以当温度变化时，我们可以认为有机玻璃在陶瓷卡材料上的相对位移可以忽略，故有机玻璃的自由端同红外位移传感器之间的相对位置变化将改变红外接收管的有效接收面积。从而使位移传感器输出电压也随之改变。这种新型温度传感器的测量灵敏度为：　　ΔT=ΔL/L(α1-α2)　　其中，△L为红外位移传感器对有机玻璃长度测量的灵敏度。　　红外位移传感器，主要机构由红外发光二极管发射和接受装置，数据放大去噪部分以及数据采集处理系统组成。我们可以看到它是利用红外光电二级管的光电转换规律，通过其遮挡的光通量与输出电流的关系确定遮挡体。能将微小的温度转换成电压的变化。在运用放大电路将其进行放大处理。结合数据采集卡建立电压信号与温度的函数关系。最后利于高精度的螺旋测微器进行定标，最终形成我们可以得到一个具有较高测量精度(3×10-7m)的位移测量仪。　　由于光电转换的电流较小而且红外发光二极管的功率也较低，因此我们可以认为红外位移传感器不会对测量的温度环境有影响。　　从这里我们知道，红外线温度传感仪器是测量精密度比较高的红外测温工具，它对温度环境不受影响。

超声波并不是测量机器人与物体间距离的唯一方法，也可以利用红外线。和超声波测量不同，红外线距离传感器不会去探测线光束的传播时间。因为对于我们感兴趣的距离，传输时间为10—15—10-12秒数量级。只有那些极为昂贵的电路才能应付这样的速度。红外线系统采用所谓视差技术。即测量已知光源和它的反射光束之间的反射角。它的工作方式是：红外线光束照射在一个场景上。光束经过传感器前的物体反射后。再照射到传感器。物体越接近，由于视差引起的角度变化就越大。反射光束照在一个非常小的线性光检测器矩阵上。光检测器矩阵连接分析物体距离的电路。这个电路可以提供数字或模拟输出。