工業(yè)自動(dòng)化組成剖析(三)，工業(yè)自動(dòng)化之紅外傳感器、磁光效應(yīng)傳感器介紹

工業(yè)自動(dòng)化正逐步發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化的成熟程度代表了工業(yè)水平。對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化，小編于前文有所介紹?？催^(guò)前文的朋友，對(duì)工業(yè)自動(dòng)化或多或少有所了解。為進(jìn)一步增加大家對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的紅外傳感器和磁光效應(yīng)傳感器予以介紹。如果你對(duì)本文內(nèi)容具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、紅外傳感器

紅外技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)為大家所熟知，這種技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代科技、國(guó)防和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質(zhì)的測(cè)量系統(tǒng)，按照功能能夠分成五類：

(1)輻射計(jì)，用于輻射和光譜測(cè)量;

(2)搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤;

(3)熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個(gè)目標(biāo)紅外輻射的分布圖像;

(4)紅外測(cè)距和通信系統(tǒng);

(5)混合系統(tǒng)，是指以上各類系統(tǒng)中的兩個(gè)或者多個(gè)的組合。

我們先看看紅外系統(tǒng)的組成、主要光學(xué)系統(tǒng)和輔助光學(xué)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上對(duì)紅外的關(guān)鍵元件進(jìn)行詳細(xì)的探討。其實(shí)，紅外傳感器的工作原理并不復(fù)雜，一個(gè)典型的傳感器系統(tǒng)各部分的工作原理如下所示：

(1)待側(cè)目標(biāo)。根據(jù)待側(cè)目標(biāo)的紅外輻射特性可進(jìn)行紅外系統(tǒng)的設(shè)定。

(2)大氣衰減。待測(cè)目標(biāo)的紅外輻射通過(guò)地球大氣層時(shí)，由于氣體分子和各種氣體以及各種溶膠粒的散射和吸收，將使得紅外源發(fā)出的紅外輻射發(fā)生衰減。

(3)光學(xué)接收器。它接收目標(biāo)的部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器。相當(dāng)于雷達(dá)天線，常用是物鏡。

(4)輻射調(diào)制器。對(duì)來(lái)自待測(cè)目標(biāo)的輻射調(diào)制成交變的輻射光，提供目標(biāo)方位信息，并可濾除大面積的干擾信號(hào)。又稱調(diào)制盤(pán)和斬波器，它具有多種結(jié)構(gòu)。

(5)紅外探測(cè)器。這是紅外系統(tǒng)的核心。它是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)出來(lái)的物理效應(yīng)探測(cè)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)出來(lái)的電學(xué)效應(yīng)。此類探測(cè)器可分為光子探測(cè)器和熱敏感探測(cè)器兩大類型。

(6)探測(cè)器制冷器。由于某些探測(cè)器必須要在低溫下工作，所以相應(yīng)的系統(tǒng)必須有制冷設(shè)備。經(jīng)過(guò)制冷，設(shè)備可以縮短響應(yīng)時(shí)間，提高探測(cè)靈敏度。

(7)信號(hào)處理系統(tǒng)。將探測(cè)的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，并從這些信號(hào)中提取出信息。然后將此類信息轉(zhuǎn)化成為所需要的格式，最后輸送到控制設(shè)備或者顯示器中。

(8)顯示設(shè)備。這是紅外設(shè)備的終端設(shè)備。常用的顯示器有示波器、顯像管、紅外感光材料、指示儀器和記錄儀等。

依照上面的流程，紅外系統(tǒng)就可以完成相應(yīng)的物理量的測(cè)量。紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測(cè)器，按照探測(cè)的機(jī)理的不同，可以分為熱探測(cè)器和光子探測(cè)器兩大類。下面以熱探測(cè)器為例子來(lái)分析探測(cè)器的原理。

熱探測(cè)器是利用輻射熱效應(yīng)，使探測(cè)元件接收到輻射能后引起溫度升高，進(jìn)而使探測(cè)器中依賴于溫度的性能發(fā)生變化。檢測(cè)其中某一性能的變化，便可探測(cè)出輻射。多數(shù)情況下是通過(guò)熱電變化來(lái)探測(cè)輻射的。當(dāng)元件接收輻射，引起非電量的物理變化時(shí)，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)淖儞Q后測(cè)量相應(yīng)的電量變化。

紅外傳感器已經(jīng)在現(xiàn)代化的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮著它的巨大作用，隨著探測(cè)設(shè)備和其他部分的技術(shù)的提高，紅外傳感器能夠擁有更多的性能和更好的靈敏度。

二、 磁光效應(yīng)傳感器

現(xiàn)代電測(cè)技術(shù)日趨成熟，由于具有精度高、便于微機(jī)相連實(shí)現(xiàn)自動(dòng)實(shí)時(shí)處理等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在電氣量和非電氣量的測(cè)量中。然而電測(cè)法容易受到干擾，在交流測(cè)量時(shí)，頻響不夠?qū)捈皩?duì)耐壓、絕緣方面有一定要求，在激光技術(shù)迅速發(fā)展的今天，已經(jīng)能夠解決上述的問(wèn)題。

磁光效應(yīng)傳感器就是利用激光技術(shù)發(fā)展而成的高性能傳感器。激光，是上世紀(jì)六十年代初迅速發(fā)展起來(lái)的又一新技術(shù)，它的出現(xiàn)標(biāo)志著人們掌握和利用光波進(jìn)入了一個(gè)新的階段。由于以往普通光源單色度低，故很多重要的應(yīng)用受到限制，而激光的出現(xiàn)，使無(wú)線電技術(shù)和光學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)、相互滲透、相互補(bǔ)充?，F(xiàn)在，利用激光已經(jīng)制成了許多傳感器，解決了許多以前不能解決的技術(shù)難題，使它適用于煤礦、石油、天然氣貯存等危險(xiǎn)、易燃的場(chǎng)所。

比如說(shuō)用激光制成的光導(dǎo)纖維傳感器，能測(cè)量原油噴射、石油大罐龜裂的情況參數(shù)。在實(shí)測(cè)地點(diǎn)，不必電源供電，這對(duì)于安全防爆措施要求很嚴(yán)格的石油化工設(shè)備群尤為適用，也可用來(lái)在大型鋼鐵廠的某些環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)光學(xué)方法的遙測(cè)化學(xué)技術(shù)。

磁光效應(yīng)傳感器的原理主要是利用光的偏振狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感器的功能。當(dāng)一束偏振光通過(guò)介質(zhì)時(shí)，若在光束傳播方向存在著一個(gè)外磁場(chǎng)，那么光通過(guò)偏振面將旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，這就是磁光效應(yīng)。也就是可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)的角度來(lái)測(cè)量外加的磁場(chǎng)。在特定的試驗(yàn)裝置下，偏轉(zhuǎn)的角度和輸出的光強(qiáng)成正比，通過(guò)輸出光照射激光二極管LD，就可以獲得數(shù)字化的光強(qiáng)，用來(lái)測(cè)量特定的物理量。

自六十年代末開(kāi)始，RC Lecraw提出有關(guān)磁光效應(yīng)的研究報(bào)告后，引起大家的重視。日本，蘇聯(lián)等國(guó)家均開(kāi)展了研究，國(guó)內(nèi)也有學(xué)者進(jìn)行探索。磁光效應(yīng)的傳感器具有優(yōu)良的電絕緣性能和抗干擾、頻響寬、響應(yīng)快、安全防爆等特性，因此對(duì)一些特殊場(chǎng)合電磁參數(shù)的測(cè)量，有獨(dú)特的功效，尤其在電力系統(tǒng)中高壓大電流的測(cè)量方面、更顯示它潛在的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)通過(guò)開(kāi)發(fā)處理系統(tǒng)的軟件和硬件，也可以實(shí)現(xiàn)電焊機(jī)和機(jī)器人控制系統(tǒng)的自動(dòng)實(shí)時(shí)測(cè)量。在磁光效應(yīng)傳感器的使用中，最重要的是選擇磁光介質(zhì)和激光器，不同的器件在靈敏度、工作范圍方面都有不同的能力。隨著近幾十年來(lái)的高性能激光器和新型的磁光介質(zhì)的出現(xiàn)，磁光效應(yīng)傳感器的性能越來(lái)越強(qiáng)，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

磁光效應(yīng)傳感器作為一種特定用途的傳感器，能夠在特定的環(huán)境中發(fā)揮自己的功能，也是一種非常重要的工業(yè)傳感器。

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