红外传感器图片 技术科普 一文读懂红外热释电传感器

技术科普 一文读懂红外热释电传感器

热释电传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。早在1938年，就有人提出过利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到20世纪60年代才又兴起了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。

存在于自然界的物体，如人体、火焰、冰块等物都会发射红外线，但波长各不相同。人体温度为36-37℃，所发射的红外线波长为9-10um，属远红外区；400-700℃的发热体，所放射出的红外线波长为3-5um，属中红外区。热释电红外传感器不受白天黑夜的影响，可昼夜不停地用于监测，广泛地用于防盗报警、感应灯等领域。

一、热释电传感器的原理

热释电红外传感器一般由管帽、管座、红外滤光片、敏感元、场效应管或者数字芯片等主要部分组成。

利用热释电材料的自发极化强度随着外界温度的变化而产生电荷移动的特性，以非接触方式检测出人体辐射的红外能量的变化，将其转化成电信号，以电压或电流形式输出，并通过功率放大器将信号放大，达到控制电路的目的。

红外滤光片窗口材料的可接收通过波长：

5.5um长波通滤光片光谱图

上图所示为典型的5.5um长波通红外滤光片参考图，曲线是红外线通过率的平均值。 该窗口材料是经过特殊真空镀膜处理过的半导体硅片。

二、热释电传感器的分类

根据信号处理电路的不同，可以将热释电红外传感器分为模拟型和数字型两类。

模拟型热释电红外传感器的信号处理电路是场效应管，而数字型热释电红外传感器的信号处理电路是数字芯片。

模拟热释电

RD624

高灵敏度和优越的信噪比；

对温度变化的高稳定性；

抗干扰能力强 (例如振动，射频干扰等)；

优越的性价比；

抗白光能力强。

数字热释电传感器

RDA223/224/226

数字热释电

RDA226

高精度AD信号处理；

差分信号输入方式，抗干扰能力强；

具有灵敏度调节、延迟时间调节、光敏使能控制功能；

宽电压域供电1.5~4.5V、低功耗；

数字TTL信号输出。

三、热释电传感器的特性

热释电红外传感器只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。 不加菲涅尔透镜时，该传感器的探测半径可能不足2米，配上菲涅尔透镜则可达10米，甚至更远。菲涅尔透镜是用普遍的聚乙烯制成的，安装在传感器的前面。

菲涅尔透镜原理如下图所示：

当光线通过透镜单元后，在其反面则形成明暗相间的可见区和盲区，每个透镜单元只有一个很小的视场角，视场角内为可见区，之外为盲区。通过人体在明暗区的红外线辐射不断变化改变热释电敏感元的温度，使它输出一个又一个相应的微弱的电信号。输出信号的频率大约为0.1~10HZ，这一频率范围由菲涅尔透镜、人体运动速度和热释电人体红外传感器本身的特性决定。

四、热释电传感器的应用

热释电红外传感器目前主要应用在自动开关门、自动水龙头、人体感应灯、入侵报警器、智能家居、玩具等民用领域。

吸顶式热释电报警器

防盗报警器

人体感应灯

室内吸顶感应灯

智能空调

美媒透露F-22战斗机获得红外传感器新功能，歼20可能面临最强对手

中国空军的歼-20战斗机最强的对手是谁？毫无疑问，是美国空军的F-22战斗机。但是，F-22战斗机毕竟是在30年前开始研发的，量产也有了将近20年的时间，它并不具备F-35战斗机上的先进数据链和先进的光电设备，而这些都是歼-20的基本配置。即使歼-20还未装备涡扇-15发动机，面对F-22也有一定的信息优势。美国《战区》网站1月13日发表文章透露，美国空军已经开始招标为F-22战斗机研发红外搜索和跟踪传感器，这将弥补F-22在传感器上的不足，一旦完成，歼-20将面临各方面几乎没有短板的F-22。

IRST设备对于隐形战斗机，主要的作用在于，它可以在保持雷达不开机的情况下探测到敌机，让自己的飞机完全处于无线电静默状态，能够最大限度地隐身。实际上F-22项目在早期规划的时候是有IRST设备的，同时还有安装在菱形机头两侧的侧视相控阵雷达（SLAR），但这两个设备在预算的压力下都被取消了。现在美国空军的这个加装IRST的计划仍然面临一些问题：

首先，这个招标文件是通过美国空军的“小企业创新研究”机制颁布的。这个机制的目标是让美国的中小型企业可以绕过美军正式装备采购审批的那些繁文缛节，在一定程度上打入被几大军工集团垄断的市场，也能让美军接触到更多的创新和技术。但问题是，这些中小企业未必有足够的资质和实力来参与竞标。除了红外搜索与跟踪系统以外，这个招标文件还对其他设备的升级提出了一些要求，比如传感器融合，不依赖GPS的导航设备，雷达的改进等等。目前还没有企业正式投标，因此F-22到底什么时候能够装备IRST，还是个未知数。

其次，给F-22加装IRST在技术上面临很多困难，主要是：F-22战斗机结构紧凑，据洛马公司负责F-22研发项目的副总裁肯·梅特恩在2017年透露，F-22机体内根本没有为安装IRST设备预留空间。IRST设备不仅需要供电，还需要散热，必须与飞机上的制冷系统相联系。那这个设备能塞到哪里？现在没人清楚。

F-22的确有外挂武器和吊舱的能力，如果将美军现役的“军团”IRST吊舱挂在机翼或机身下，不是不可以，但会让F-22的隐形能力完全失效。再怎么优化IRST吊舱的外形，也会对F-22的隐身性能造成严重影响。

《战区》网站的编辑倒是出了一个主意，F-22上面有一个不被普通军迷注意的装备，导弹发射探测系统，它和F-35上的“分布式光电孔径系统”EODAS相似，在机身各处的六个小窗口后面安装有光学组件，覆盖360度的全向空间，能够对来袭导弹发出警告。实际上，F-35战斗机的EODAS系统就相当于一个全向的IRST。如果把导弹发射探测系统升级到分布式光电孔径系统可不可以呢？答案是很难，因为F-22上面的导弹发射探测系统的孔径太小了，没有空间塞进更大的镜头和传感器。

还有一些有创意的想法，如可否把IRST吊舱挂在F-22机身侧面的AIM-9X格斗导弹的挂架上，不用的时候就缩回弹舱内，用的时候就伸出来。但问题是伸出来就破坏了F-22的隐身性能。还有网友建议，说让F-22多机编队作战，带IRST的F-22用数据链把目标位置传给不带IRST的F-22，这样只会有个别的F-22会暴露。这个想法挺好，但是面对全隐身的歼-20编队，它们就没有了任何优势。

歼-20综合了F35和F22的优势，如果F-22补齐了短板，还是一个很强劲的对手。好在我们的涡扇-15发动机也开始量产了，等歼-20装备了涡扇-15发动机，那就是真正的空中王者。它和F-22相比，将没有任何短板，在航程和机动性方面还有相当大的优势。现在头痛的应该是美国空军。

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