红外辐射传感器

火焰传感器利用红外线对对火焰非常敏感的特点，使用特制的红外线接受管来检测火焰，然后把火焰的亮度转化为高低变化的电平信号，输入到处理器中，处理器根据信号的变化做出相应的程序处理。 红外火焰探测器多用于检测碳氢物化合物燃烧。 火焰传感器能够探测到波长在700纳米～1000纳米范围内的红外光，探测角度为60°，其中红外光波长在880纳米附近时候的灵敏度达到最大。远红外火焰探头将外界红外光的强弱变化转化为电流的变化，通过A/D转换器反映为0～255范围内数值的变化。外界红外光越强，数值越小；红外光越弱，数值越大。。

一般红外线传感器是由一只光电三极管构成，其电路图如下：

当光电三极管接收到红外线信号时，其电阻减小，在管两端的电压分压减小，输出口电压上升，输入到AD转换芯片进行转换。

二、根据测量对象与测量环境确定传感器的类型

要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。

1) 灵敏度

通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。

2) 频率响应特性

传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的

频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中，应根据信号的特点（稳态、瞬态、随机等）响应特性，以免产生过火的误差。

3) 线性范围

传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。

4) 精度

精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。

5) 稳定性

传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。

6) 在“火焰”的辐射能中有30 %～40 %是以电磁辐射的形式消耗的。这些电磁辐射包括

紫外线（UV） ，可见光和红外线（IR）。下图是典型的碳氢化合物火焰的电磁辐射频谱图，图中带斜线的频段就是通常的火焰探测器所选择的频段。

7) 影响因素

“火焰”都会辐射出红外线。但是，能够辐射出红外线的不仅仅是火焰，一些高温物体的表面，如炉子、烘箱、卤素白炽灯、太阳等都能辐射出与“火焰”红外线频带相吻合的红外线。因而这些并非火焰的红外源就十分容易使IR红外火焰探测器产生误报警。为了能从其他各种红外光源特殊频带的信号中真正区分出火焰的信号，目前都普遍采用多参数分析和数学计算技术，用得比较多的是闪烁分析和红外光窄频阈值信号（4. 1～4. 6μm）分析。

不同形式的火焰，其辐射的紫外线强度和红外线强度的比值是各不相同的。例如，氢火焰辐射出大量紫外线，而辐射的红外线很少；相反，煤的火焰就辐射出比较多的红外线，而辐射的紫外线就很少。

8) 选用MSA IR3三（红外） 探头的火焰探测器

主要技术指标如下。

※ 防爆等级：CENELECEExdⅡB T5 ；适用1区；

※ 灵敏度：0. 1m的可燃性介质（汽油、柴油、航空煤油、乙醇、庚烷）， 灵敏度有4档量程（15m/ 30m/ 45m/ 60m）可设置。

※ 响应时间：2s ；有延时功能，0～30s ，可调； ※ 视角：水平 —90； 垂直 —90° ※ 工作电压范围：DC4.5—5.5V ※ 功耗：200mA （正常工作时）；150mA （报警时）； ※ 自检功能：自动和手动； ※ 信号输出：4～20mA DC ；RS - 485 ； ※ 继电器触点：报警 ———2A ，30V DC或250V AC ； 故障 ———2A ，30V DC或250V AC ； ※ 电缆出口螺纹：标准3/ 4″（1″= 25. 4mm）；14N P T螺纹； ※ 工作温度： - 40～70℃； ※ 重量：3. 5kg ；6. 5kg （不锈钢材质）。

※ 在黑暗环境中（无光照），光照电压5V，无火源输出电压4.8V。有火源输出电压与距离成一定关系，具体如下：

※ 在室内可见光会对传感器有一点的影响，可以通过增加热缩管解决问题。

※ 电位器为灵敏度调节旋钮，调节电位器可以改变灵敏