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,可以接受和檢測散射和反射回來的紅外光。
一種比較典型的機(jī)械式結(jié)冰傳感器是基于壓電效應(yīng)的平膜式結(jié)冰傳感器。檢測原理是:平膜上有結(jié)冰時(shí),結(jié)冰增大了平膜的剛度,使平膜的諧振頻率增大。通過壓電陶瓷的壓電效應(yīng)驅(qū)動平膜振動在其諧振頻率上,通過壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測其諧振頻率。
檢測性能
衡量結(jié)冰傳感器檢測性能的參數(shù)主要有:分辨率、靈敏度、溫度系數(shù)、準(zhǔn)確度、度等。
分辨率是指結(jié)冰傳感器能夠感知的小結(jié)冰厚度。
靈敏度是指結(jié)冰厚度變化與結(jié)冰傳感器輸出變化的比值。
溫度系數(shù)是指沒有結(jié)冰信號時(shí),結(jié)冰傳感器的輸出變化與溫度變化的比值。
準(zhǔn)確度是指用結(jié)冰傳感器對同一結(jié)冰厚度進(jìn)行檢測,得到一系列數(shù)據(jù),這一系列數(shù)據(jù)的中心點(diǎn)與實(shí)際結(jié)冰厚度的接近程度。
度是指上述一系列數(shù)據(jù)點(diǎn)相對于其中心點(diǎn)的分散程度。
利用紅外線的物理性質(zhì)來進(jìn)行測量的傳感器。紅外線又稱紅外光,它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。任何物質(zhì),只要它本身具有一定的溫度(零度),都能輻射紅外線。紅外線傳感器測量時(shí)不與被測物體直接接觸,因而不存在摩擦,并且有靈敏度高,反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。
紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件和轉(zhuǎn)換電路。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類。檢測元件按工作原理可分為熱敏檢測元件和光電檢測元件。熱敏元件應(yīng)用多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時(shí)溫度升高,電阻發(fā)生變化(這種變化可能是變大也可能是變小,因?yàn)闊崦綦娮杩煞譃檎郎囟认禂?shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻),通過轉(zhuǎn)換電路變成電信號輸出。光電檢測元件常用的是光敏元件,通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料制成。
紅外線傳感器依動作可分為:
(1) 將紅外線一部份變換為熱,藉熱取出電阻值變化及電動勢等輸出信號之熱型。
(2) 利用半導(dǎo)體遷徙現(xiàn)象吸收能量差之光電效果及利用因PN 接合之光電動勢效果的量子型。
熱型的現(xiàn)象俗稱為焦熱效應(yīng),其中具代表性者有測輻射熱器 (Thermal Bolometer),熱電堆(Thermopile)及熱電(Pyroelectric)元件。
熱型的優(yōu)點(diǎn)有:可常溫動作下操作,波長依存性(波長不同感度有很大之變化者)并不存在,造價(jià)便宜;
缺點(diǎn):感度低、響應(yīng)慢(mS之譜)。
量子型 的優(yōu)點(diǎn):感度高、響應(yīng)快速(μS 之譜);
缺點(diǎn):冷卻(液體氮?dú)? 、有波長依存性、價(jià)格偏高;
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,紅外線的波長比可見光長而比電波短。紅外線讓人覺得只由熱的物體放射出來,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、冰等等全部都會射出紅外線,只是其波長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。
在許多場合,人們不僅要知道物體表面的平均溫度,更需了解物體的溫度分布以便分析,研究物體的結(jié)構(gòu),探測內(nèi)部缺陷。紅外成像就能將物體的溫度分布以圖像的形式直觀顯示出來。
紅外傳感器是紅外探測系統(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。