红外传感技术在火焰探测中的应用

任何物质的燃烧必然伴随着局部温度的升高，从而在其周围空间产生一定强度的电磁波辐射。物质燃烧过程中所产生的辐射光谱有其固有的特点，利用传感器来测量辐射信号，便可以探测到火焰的产生，这就是火焰探测器的基本原理。
不同的物质燃烧时，其发射出的红紫外光谱有所差别，从火焰光谱图中可以明显看出三个火焰辐射峰值部分。
其中一个是紫外段 0.28μm 以下部分，另两个分别是红外段4.3μm和4.6μm附近，地表上的日光辐射曲线在这三个波段恰好处于波谷位置。

通常情况下的火焰探测波段的滤光片中心波长都是在4.3μm和4.4μm附近，采用不同的带宽设计能够检测到碳氢化合物燃烧火焰中释放的CO2和CO气体所辐射的4.0~4.6μm范围的中红外波长红外信号，可根据不同燃料燃烧发射的光谱来选择不同的传感器。

1. 火焰传感器的选型

对于火焰燃烧中产生的0.185~0.260μm波长的紫外线，可采用一种固态物质作为敏感元件，如碳化硅或硝酸铝
对于火焰中产生的2.5~3μm波长的红外线，可采用硫化铝材料的传感器
对于火焰产生的4.4~4.6μm波长的红外线可采用硒化铅材料或钽酸铝材料的传感器
在3.8μm和5.0μm附近火焰辐射明显较弱，常用于火焰的监视通道，辅助通道，用于监视非火灾的热体辐射、太阳辐射。

2. 热释电火焰传感器

红外热释电火焰传感器利用热释电效应，采用钽酸锂单晶作为敏感元材料。钽酸锂晶体材料的居里温度在600℃以上，相对介电常数小，比探测率高，在很宽的室温范围内，材料的热释电系数随温度的变化很小，输出信号的温度变化率只有 1-2‰，传感器性能的温度稳定性非常好，并且在 1～20μm 波长范围内光谱响应一致性非常好。

3. 红外光电导传感器

非制冷型硒化铅（PbSe）/硫化铅（PbS）传感器是一种铅盐类红外光电传感器，其工作原理是基于半导体材料的光电导效应，从而将红外辐射能量转换为电信号。
这种光电导型敏感元是具有NaCl结构的窄禁带半导体材料，有较大的激子波尔半径和较高的介电常数，使其在1~5μm近、中红外光谱波段有强烈的吸收和响应。 硒化铅（PbSe）红外光电导传感器在近、中红外（1.0~5.0um）光谱波段具有强烈的吸收和响应，广泛应用于火焰、高温及气体探测。
硫化铅（PbS）红外光电导传感器主要响应波长为短波红外（1.0~3.0μm），广泛 应用于火焰及高温探测。