一種典型的電學式結冰傳感器為電容式結冰傳感器。電容式結冰傳感器基于冰、空氣和水介電常數(shù)的不同來判斷電極之間的介質(zhì)是冰、空氣還是水。將多組電極對等距排列,每個電極對為一個結冰檢測刻度,總的結冰厚度就等于相鄰電極對的距離和介質(zhì)是冰的電極對的個數(shù)的乘積。
這樣就可以判斷任意一個檢測電容極板之間的介質(zhì)是冰還是空氣。檢測電容組豎直等距排列,檢測結冰的厚度就等于相鄰檢測電容的豎直間距與介質(zhì)是冰的檢測電容的個數(shù)的乘積。
一種比較典型的機械式結冰傳感器是基于壓電效應的平膜式結冰傳感器。檢測原理是:平膜上有結冰時,結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實時監(jiān)測其諧振頻率。
檢測性能
衡量結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)、準確度、度等。
分辨率是指結冰傳感器能夠感知的小結冰厚度。
靈敏度是指結冰厚度變化與結冰傳感器輸出變化的比值。
溫度系數(shù)是指沒有結冰信號時,結冰傳感器的輸出變化與溫度變化的比值。
準確度是指用結冰傳感器對同一結冰厚度進行檢測,得到一系列數(shù)據(jù),這一系列數(shù)據(jù)的中心點與實際結冰厚度的接近程度。
度是指上述一系列數(shù)據(jù)點相對于其中心點的分散程度。
具有紅外傳感器的望遠鏡可用于軍事行動,林地戰(zhàn)探測密林中的敵人,城市戰(zhàn)中探測墻后面的敵人,以上均利用了紅外線傳感器測量人體表面溫度從而得知敵人所在地。
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,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,造價便宜;
缺點:感度低、響應慢(mS之譜)。
量子型 的優(yōu)點:感度高、響應快速(μS 之譜);
缺點:冷卻(液體氮氣) 、有波長依存性、價格偏高;
紅外線傳感器特別是利用遠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。
該報警器能探測人體發(fā)出的紅外線,當人進入報警器的監(jiān)視區(qū)域內(nèi),即可發(fā)出報警聲,適用于家庭、辦公室、倉庫、實驗室等比較重要場合防盜報警。裝置電路原理見圖1。由紅外線傳感器、信號放大電路、電壓比較器、延時電路和音響報警電路等組成。紅外線探測傳感器IC1探測到前方人體輻射出的紅外線信號時,由IC1的②腳輸出微弱的電信號,經(jīng)三極管VT1等組成級放大電路放大,再通過C2輸入到運算放大器IC2中進行高增益、低噪聲放大,此時由IC2①腳輸出的信號已足夠強。IC3作電壓比較器,它的第⑤腳由R10、VD1提供基準電壓,當IC2①腳輸出的信號電壓到達IC3的⑥腳時,兩個輸入端的電壓進行比較,此時IC3的⑦腳由原來的高電平變?yōu)榈碗娖?。IC4為報警延時電路,R14和C6組成延時電路,其時間約為1分鐘。當IC3的⑦腳變?yōu)榈碗娖綍r,C6通過VD2放電,此時IC4的②腳變?yōu)榈碗娖?,它與IC4的③腳基準電壓進行比較,當它低于其基準電壓時,IC4的①腳變?yōu)楦唠娖?,VT2導通,訊響器BL通電發(fā)出報警聲。人體的紅外線信號消失后,IC3的⑦腳又恢復高電平輸出,此時VD2截止。由于C6兩端的電壓不能突變,故通過R14向C6緩慢充電,當C6兩端的電壓其基準電壓時,IC4的①腳才變?yōu)榈碗娖剑瑫r間約為1分鐘,即持續(xù)1分鐘報警。
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,研究物體的結構,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。