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1、李 陽 吉 魏 凱 宋 威 物 聯(lián) 網 是 把 所 有 物 品 通 過 射 頻 識 別 、 紅 外感 應 器 等 信 息 傳 感 設 備 與 互 聯(lián) 網 連 接 起 來 的技 術 ， 以 實 現(xiàn) 智 能 化 識 別 和 管 理 ， 是 繼 計 算機 、 互 聯(lián) 網 和 移 動 通 信 網 之 后 的 又 一 次 信 息產 業(yè) 革 命 。 文 章 首 先 介 紹 了 物 聯(lián) 網 的 定 義 內涵 、 基 本 特 征 及 研 究 現(xiàn) 狀 ， 然 后 探 討 了 物 聯(lián)網 關 鍵 技 術 之 一 傳 感 器 技 術 ； 接 著 闡 述 了 紅外 傳 感 器 結 構 、 原 理 及 特 點 ， 最 后

2、 對 紅 外 傳感 器 在 物 聯(lián) 網 技 術 中 的 應 用 進 行 了 初 步 探 索 ，指 出 其 廣 闊 的 應 用 前 景 。 紅 外 傳 感 器 是 將 紅 外 輻 射 能 轉 換 成 電 能 的 一 種 光 敏 元 件 ， 根 據(jù) 具 體工 作 原 理 的 不 同 ， 可 分 為 光 子 型 和 熱 釋 電 型 兩 種 。 熱 釋 電 紅 外 傳 感 器 是利 用 紅 外 輻 射 的 熱 效 應 引 起 元 件 本 身 的 溫 度 變 化 來 實 現(xiàn) 某 些 參 數(shù) 的 檢 測的 ， 其 探 測 率 、 響 應 速 度 都 不 如 光 子 型 傳 感 器 。 但 由 于 其 可

3、在 室 溫 下 使用 ， 靈 敏 度 與 波 長 無 關 ， 所 以 應 用 領 域 很 廣 。 利 用 鐵 電 體 熱 釋 電 效 應 的熱 釋 電 型 紅 外 傳 感 器 靈 敏 度 很 高 ， 獲 得 了 廣 泛 應 用 。 熱 釋 電 效 應 某 些 絕 緣 物 質 受 熱 時 ， 隨 著 溫 度 的 上 升 ， 在 晶 體 兩 端 將會 產 生 數(shù) 量 相 等 而 符 號 相 反 的 電 荷 。 這 種 由 于 熱 變 化 而 產 生 的 電 極 化 現(xiàn)象 稱 為 熱 釋 電 效 應 。 熱 釋 電 效 應 在 近 十 年 被 用 于 熱 釋 電 紅 外 傳 感 器 中 。能 產 生

4、 熱 釋 電 效 應 的 晶 體 稱 為 熱 釋 電 體 ， 又 稱 為 熱 電 元 件 。 熱 電 元 件 常用 的 材 料 有 單 晶 、 壓 電 陶 瓷 及 高 分 子 薄 膜 等 。 熱 釋 電 紅 外 傳 感 器 的 結 構 熱 釋 電 紅 外 傳 感 器 由 以 下 四 個 主 要 部 分 構成 ： 構 成 電 路 的 鋁 基 板 、 場 效 應 晶 體 管 （ FET） ； 具 有 熱 釋 電 效 應的 陶 瓷 材 料 ； 限 制 入 射 紅 外 波 長 的 窗 口 材 料 ； 外 殼 TO 5型 管 帽 和管 座 。 由 于 熱 釋 電 紅 外 傳 感 器 中 電 容 的 電

5、流 發(fā) 生 器 輸 出 阻 抗 高 ，且 輸 出 電 壓 信 號 又 極 其 微 弱 ， 故 在 管 內 的 敏 感 轉 換 元 件 FET上 加 一 層 黑 色 氧 化 膜 以 提 高 其 轉 換 效 率 。 其 等 效 電 路 如 圖 2所 示 ， 在 負 載 電 阻 上 并 聯(lián) 一 個 放 大 器 及 厚 膜 電 阻 ， 以 達 到 阻抗 變 換 的 目 的 。 在 管 殼 的 頂 部 設 有 濾 光 鏡 （ TO一 5封 裝 ） ，而 樹 脂 封 裝 的 則 設 在 側 面 。 紅 外 組 合 件 的 構 造 由 于 探 測 器 元 件 單 獨 使 用 時 ， 存 在 著探 測 距 離

6、 較 短 、 獲 得 的 信 號 后 續(xù) 電 路 不 易 處 理 的 不 足 ， 所 以目 前 多 選 用 紅 外 組 合 件 來 探 測 。 紅 外 組 合 件 由 熱 釋 電 紅 外 傳感 器 、 透 鏡 、 測 量 轉 換 電 路 和 密 封 管 殼 構 成 6 。 透 鏡 可以 擴 大 探 測 范 圍 ， 提 高 測 量 的 靈 敏 度 ； 測 量 轉 換 電 路 可 以 完成 濾 波 、 放 大 等 信 號 處 理 過 程 ； 密 封 管 殼 能 防 止 因 外 界 噪 聲引 起 的 錯 誤 動 作 。 這 種 組 合 件 體 積 小 、 成 本 低 、 功 能 多 樣 ，所 以 應

7、 用 廣 泛 。 濾 光 鏡 材 料 在 熱 釋 電 紅 外 傳 感 器 的 窗 口 上 裝 有不 同 材 料 的 濾 光 鏡 ， 阻 止 不 需 要 的 紅 外 線 進 入 傳 感器 。 一 般 熱 釋 電 紅 外 傳 感 器 在 0 2 20um光 譜 范 圍內 的 靈 敏 度 比 較 好 ， 不 受 可 見 光 影 響 。 由 于 不 同 的檢 測 要 求 （ 如 醫(yī) 學 或 氣 體 成 分 分 析 等 ） 光 譜 響 應 范圍 不 同 ， 因 此 可 選 擇 不 同 材 料 的 濾 光 鏡 使 其 滿 足 不同 場 合 需 求 。 熱 釋 電 紅 外 傳 感 器 使 用 時 ， 一 般

8、 前 級 需 要 先 用菲 涅 爾 透 鏡 濾 光 ， 后 級 接 帶 通 放 大 器 ， 放 大 器 的 中心 頻 率 一 般 取 1 2Hz左 右 ， 放 大 器 帶 寬 對 靈 敏 度 、可 靠 性 的 影 響 比 較 大 。 使 用 時 要 根 據(jù) 具 體 要 求 來 合理 選 擇 。 物 聯(lián) 網 中 可 以 大 量 使 用 紅 外 傳 感 器 （ 也 叫 紅 外 感 應 器 ） 來 實 現(xiàn) 物 體 信息 的 獲 取 ， 盡 管 目 前 尚 未 研 發(fā) 生 產 出 成 熟 的 產 品 ， 但 是 紅 外 傳 感 器 已經 有 很 多 成 熟 的 應 用 領 域 ， 可 以 借 鑒 。

9、以 熱 釋 電 紅 外 傳 感 器 為 核 心 構成 的 熱 釋 電 紅 外 開 關 ， 在 民 用 領 域 可 作 為 蜂 鳴 器 、 白 熾 燈 、 烘 干 機 、自 動 門 、 和 自 動 洗 手 池 等 裝 置 的 自 動 感 應 開 關 ， 特 別 適 用 于 工 礦 企 業(yè) 、高 檔 酒 店 、 大 型 商 場 等 區(qū) 域 。此 外 ， 熱 釋 電 紅 外 傳 感 器 還 可 用 于 遙 感 、 制 導 、 夜 視 、 主 動 雷 達 、 熱成 像 、 氣 體 分 析 、 輻 射 計 、 測 溫 等 軍 事 和 工 業(yè) 場 合 。 比 如 在 2008年5 12汶 川 特 大 地

10、震 救 援 過 程 中 ， 就 使 用 了 紅 外 傳 感 器 實 現(xiàn) 無 光 條 件下 （ 夜 間 和 陰 雨 天 ） 災 區(qū) 照 片 的 拍 攝 ， 為 救 援 工 作 提 供 了 幫 助 。 紅 外傳 感 器 價 格 經 濟 、 測 量 電 路 簡 單 、 常 溫 下 可 使 用 、 非 接 觸 式 測 量 、 精度 較 高 等 優(yōu) 點 決 定 了 其 在 物 聯(lián) 網 中 具 有 廣 泛 的 應 用 前 景 。在 物 聯(lián) 網 中 可 以 使 用 紅 外 傳 感 器 獲 取 物 品 信 息 ， 使 用 電 子 標 簽 記 錄 、實 現(xiàn) 物 品 的 精 確 定 位 。 比 如 用 紅 外 傳

11、 感 器 檢 測 超 市 貨 架 是 否 具 有 足 夠的 商 品 待 售 ， 當 檢 測 到 貨 物 不 足 時 ， 通 過 后 續(xù) 信 號 處 理 、 濾 波 、 放 大 ，驅 動 揚 聲 器 提 醒 超 市 工 作 人 員 及 時 補 貨 。 特 別 是 在 物 聯(lián) 網 消 費 電 子 電 器 產 品 中 ， 熱 釋 電 紅 外 傳 感 器具 有 極 其 廣 泛 的 應 用 前 景 。 目 前 用 得 最 多 的 是 檢 測 物 品 有無 ， 實 現(xiàn) 自 動 控 制 。 紅 外 傳 感 器 已 廣 泛 用 于 防 盜 報 警 系 統(tǒng)中 ， 市 場 上 有 成 熟 的 商 品 。 一 個

12、典 型 的 周 界 入 侵 檢 測 報 警系 統(tǒng) 本 身 就 是 一 個 物 聯(lián) 網 在 安 全 方 面 的 應 用 ， 比 如 上 海 浦東 機 場 入 侵 檢 測 系 統(tǒng) ， 就 是 一 個 小 型 的 物 聯(lián) 網 ， 其 中 使 用了 大 量 的 紅 外 傳 感 器 ， 作 為 智 能 節(jié) 點 ， 獲 取 周 邊 信 息 ， 與其 他 類 型 傳 感 器 采 集 得 到 的 信 息 一 起 準 確 及 時 地 提 供 給 中央 處 理 系 統(tǒng) 進 行 信 息 融 合 ， 作 為 自 動 控 制 決 策 的 依 據(jù) 。 國外 已 有 把 熱 釋 電 傳 感 器 安 裝 在 售 貨 機 上

13、， 當 有 人 接 近 時 ，機 器 可 以 說 話 ， 實 現(xiàn) 自 動 銷 售 ， 我 們 也 可 以 借 鑒 應 用 。 再比 如 可 以 把 紅 外 傳 感 器 安 裝 在 工 廠 危 險 性 機 械 系 統(tǒng) 上 ， 能夠 進 行 非 接 觸 測 量 ， 當 超 過 預 定 的 安 全 距 離 時 給 出 警 示 ，防 止 人 太 靠 近 造 成 危 險 ， 保 護 工 人 降 、 實 現(xiàn) 安 全 生 產 ， 節(jié)約 生 產 成 本 。 近 年 來 物 聯(lián) 網 的 研 究 與 發(fā) 展 引 起 了 人 們 的 廣泛 關 注 ， 國 內 外 政 府 和 企 業(yè) 都 積 極 采 取 行 動參 與 物 聯(lián) 網 的 構 建 ， 廣 大 學 者 也 對 物 聯(lián) 網 展開 深 入 研 究 ， 國 內 不 少 高 校 先 后 申 報 了 物 聯(lián)網 專 業(yè) ， 培 養(yǎng) 物 聯(lián) 網 方 面 的 人 才 ， 這 將 對 未來 全 球 經 濟 發(fā) 展 產 生 深 遠 影 響 。 與 此 同 時 ，熱 釋 電 紅 外 傳 感 器 的 銷 量 近 幾 年 也 是 每 年 增長 30 以 上 。 國 內 外 廠 家 正 在 不 斷 開 發(fā) 新 產品 以 滿 足 未 來 的 市 場 需 求 。 可 以 預 見 ， 紅 外傳 感 器 在 物 聯(lián) 網 中 具 有 廣 闊 的 應 用 前 景 。