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(cè)散射和反射回來(lái)的紅外光。
光纖探頭端面是一個(gè)平面玻璃,玻璃上沒(méi)有結(jié)冰時(shí),發(fā)射光纖發(fā)射的紅外光全部透光玻璃端面進(jìn)入空氣,接收光纖接收不到任何紅外光;當(dāng)玻璃端面上有結(jié)冰時(shí),發(fā)射光纖發(fā)出的部分紅外光由于被冰層散射和反射而被接收光纖接受。通過(guò)檢測(cè)接收光纖接收到的紅外光的強(qiáng)弱,達(dá)到檢測(cè)結(jié)冰的目的。
一種典型的電學(xué)式結(jié)冰傳感器為電容式結(jié)冰傳感器。電容式結(jié)冰傳感器基于冰、空氣和水介電常數(shù)的不同來(lái)判斷電極之間的介質(zhì)是冰、空氣還是水。將多組電極對(duì)等距排列,每個(gè)電極對(duì)為一個(gè)結(jié)冰檢測(cè)刻度,總的結(jié)冰厚度就等于相鄰電極對(duì)的距離和介質(zhì)是冰的電極對(duì)的個(gè)數(shù)的乘積。
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(cè)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(guò)壓電陶瓷的壓電效應(yīng)驅(qū)動(dòng)平膜振動(dòng)在其諧振頻率上,通過(guò)壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其諧振頻率。
根據(jù)結(jié)冰傳感器的安裝方式,可將結(jié)冰傳感器分為扁平安裝結(jié)冰傳感器和非扁平安裝結(jié)冰傳感器。扁平安裝就是結(jié)冰傳感器安裝到被測(cè)物表面后,結(jié)冰檢測(cè)面和物體表面平齊,這樣傳感器表面和物體表面的環(huán)境因素相同,可以更準(zhǔn)確地感知物體表面結(jié)冰情況。非扁平安裝結(jié)冰傳感器安裝后檢測(cè)面和物體表面不平齊,表現(xiàn)為一個(gè)物。顯然物表面與物體表面會(huì)有很大差異,如物體表面的層流流體到物處就有可能形成局部湍流。結(jié)冰傳感器和被測(cè)物體表面環(huán)境因素不同,會(huì)造成結(jié)冰情況的不同,結(jié)冰傳感器檢測(cè)到的結(jié)冰就有可能不由物體表面一致。
紅外線傳感器常用于無(wú)接觸溫度測(cè)量,氣體成分分析和無(wú)損探傷,在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如采用紅外線傳感器遠(yuǎn)距離測(cè)量人體表面溫度的熱像圖,可以發(fā)現(xiàn)溫度異常的部位,及時(shí)對(duì)疾病進(jìn)行診斷治療(見(jiàn)熱像儀);利用人造衛(wèi)星上的紅外線傳感器對(duì)地球云層進(jìn)行監(jiān)視,可實(shí)現(xiàn)大范圍的天氣預(yù)報(bào);采用紅外線傳感器可檢測(cè)飛機(jī)上正在運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī) 的過(guò)熱情況等。
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(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)而比電波短。紅外線讓人覺(jué)得只由熱的物體放射出來(lái),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(huì)射出紅外線,只是其波長(zhǎng)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。
該報(bào)警器能探測(cè)人體發(fā)出的紅外線,當(dāng)人進(jìn)入報(bào)警器的監(jiān)視區(qū)域內(nèi),即可發(fā)出報(bào)警聲,適用于家庭、辦公室、倉(cāng)庫(kù)、實(shí)驗(yàn)室等比較重要場(chǎng)合防盜報(bào)警。裝置電路原理見(jiàn)圖1。由紅外線傳感器、信號(hào)放大電路、電壓比較器、延時(shí)電路和音響報(bào)警電路等組成。紅外線探測(cè)傳感器IC1探測(cè)到前方人體輻射出的紅外線信號(hào)時(shí),由IC1的②腳輸出微弱的電信號(hào),經(jīng)三極管VT1等組成級(jí)放大電路放大,再通過(guò)C2輸入到運(yùn)算放大器IC2中進(jìn)行高增益、低噪聲放大,此時(shí)由IC2①腳輸出的信號(hào)已足夠強(qiáng)。IC3作電壓比較器,它的第⑤腳由R10、VD1提供基準(zhǔn)電壓,當(dāng)IC2①腳輸出的信號(hào)電壓到達(dá)IC3的⑥腳時(shí),兩個(gè)輸入端的電壓進(jìn)行比較,此時(shí)IC3的⑦腳由原來(lái)的高電平變?yōu)榈碗娖?。IC4為報(bào)警延時(shí)電路,R14和C6組成延時(shí)電路,其時(shí)間約為1分鐘。當(dāng)IC3的⑦腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí),C6通過(guò)VD2放電,此時(shí)IC4的②腳變?yōu)榈碗娖?,它與IC4的③腳基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較,當(dāng)它低于其基準(zhǔn)電壓時(shí),IC4的①腳變?yōu)楦唠娖剑琕T2導(dǎo)通,訊響器BL通電發(fā)出報(bào)警聲。人體的紅外線信號(hào)消失后,IC3的⑦腳又恢復(fù)高電平輸出,此時(shí)VD2截止。由于C6兩端的電壓不能突變,故通過(guò)R14向C6緩慢充電,當(dāng)C6兩端的電壓其基準(zhǔn)電壓時(shí),IC4的①腳才變?yōu)榈碗娖剑瑫r(shí)間約為1分鐘,即持續(xù)1分鐘報(bào)警。
在許多場(chǎng)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(cè)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(lái)。