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1、熱 釋 電 紅 外 傳 感 器 熱釋電紅外傳感器簡介 熱 釋 電 紅 外 傳 感 器 是 一 種 新 型 高 靈 敏 探 測 元 件 。 它 是 利 用某 些 材 料 的 熱 釋 電 效 應(yīng) 制 成 的 紅 外 檢 測 元 件 。 1938年 就 曾 有人 提 出 過 利 用 熱 釋 電 效 應(yīng) 探 測 紅 外 輻 射 的 想 法 , 但 長 期 沒 有得 到 重 視 。 直 到 20世 紀 60年 代 ， 隨 著 激 光 、 紅 外 技 術(shù) 的 迅 速發(fā) 展 ， 才 推 動 了 熱 釋 電 效 應(yīng) 的 研 究 和 對 熱 釋 電 晶 體 的 應(yīng) 用 。90年 代 初 期 , 人 們 采 用

2、新 材 料 研 制 成 功 了 一 種 新 型 傳 感 器 件 熱 釋 電 紅 外 傳 感 器 , 它 能 以 非 接 觸 形 式 檢 測 出 人 體 輻 射 的 紅外 線 ,并 將 其 轉(zhuǎn) 變 為 電 壓 信 號 ,同 時 它 還 能 鑒 別 出 運 動 的 生 物與 其 它 非 生 物 , 目 前 已 廣 泛 應(yīng) 用 于 國 際 安 全 防 御 系 統(tǒng) 、 自 動控 制 、 報 警 系 統(tǒng) 中 。 熱 釋 電 效 應(yīng)當(dāng) 溫 度 變 化 時 ， 介 質(zhì) 的 固 有 電 極 化 強 度 發(fā) 生變 化 ， 使 屏 蔽 電 荷 失 去 平 衡 ， 多 余 的 屏 蔽 電荷 被 釋 放 出 來 的

3、現(xiàn) 象 。 熱 釋 電 材 料單 晶 材 料 高 分 子 有 機 聚 合 物 及 復(fù) 合 材 料 金 屬 氧 化 物陶 瓷 及 薄 膜 材 料如 PVF（ 聚 氟 乙烯 ） 、 PVDF（ 聚 偏 二 氟 乙烯 ） 、 P (VDF-TrFE)（ 偏 二 氟乙 烯 一 三 氟 乙烯 共 聚 物 ） 、四 氟 乙 烯 一 六氟 丙 烯 共 聚 物 等 如 Zn0、BaTi03、 PMN（ 鎂 鈮 酸 鉛 ） 、PST（ 鉭 鈧 酸鉛 ） 、 BST（ 鈦 酸 鍶 鋇 ） 、PbTi03、PLT(鈦 酸 鉛 鑭 )、PZT（ 鋯 鈦 酸鉛 ） 等如 TGS（ 硫 酸三 甘 肽 ） 、DTGS(氘

4、化 的 TGS)、CdS、 LiTa03、LiNbO3、 SBN（ 鈮 酸 鍶 鋇 ） 、PGO（ 鍺 酸鉛 ） 、KTN（ 鉭 鈮 酸鉀 ） 等 光 譜 基 礎(chǔ)紅 外 線 屬 于 一 種 電 磁 射 線 ， 其 特 性 等 同 于 無 線 電 或 X射 線 。人 眼 可 見 的 光 波 是 380nm-780nm， 發(fā) 射 波 長 為 780nm-1mm的 長射 線 稱 為 紅 外 線 。 任 何 發(fā) 熱 體 都 會 產(chǎn) 生 紅 外 線 輻 射 的 紅 外 線 波 長 跟 物 體 溫 度 有 關(guān) 。 表 面 溫 度 越 高 ,輻 射 能 量 越 強 。 最 強 波 長 和 溫 度 的 關(guān) 系

5、 滿 足 m*T=2989（ um.k） 人 體 的 正 常 體 溫 為 3637.5。 C ,其 輻 射 的 最 強 的 紅 外 線 的波 長 為 9.679.64um， 中 心 波 長 為 9.65um。 6 兩 塊 反 向 串 聯(lián) 的熱 釋 電 晶 片 場 效 應(yīng) 管熱 釋 電 紅 外 傳 感 器 內(nèi) 部 由 光 學(xué) 濾 鏡 、 場 效 應(yīng) 管 、 紅 外 感應(yīng) 源 (熱 釋 電 元 件 )、 偏 置 電 阻 、 EMI電 容 等 元 器 件 組 成 。 菲涅爾透鏡菲 涅 爾 透 鏡熱 釋 電 晶 片 菲涅爾透鏡外形 菲 涅 爾 透 鏡 的 作 用 有 兩 個 ： 一 是 聚 焦 作 用

6、 ， 即 將 探 測 空 間 的 紅 外 線 有 效 地 集 中 到 傳 感 器上 。 不 使 用 菲 涅 爾 透 鏡 時 傳 感 器 的 探 測 半 徑 不 足 2米 ， 只 有 配 合菲 涅 爾 透 鏡 使 用 才 能 發(fā) 揮 最 大 作 用 。 配 上 菲 涅 爾 透 鏡 時 傳 感 器的 探 測 半 徑 可 達 到 10米 。 二 是 將 探 測 區(qū) 域 內(nèi) 分 為 若 干 個 明 區(qū) 和 暗 區(qū) ， 使 進 入 探 測 區(qū) 域 的移 動 物 體 能 以 溫 度 變 化 的 形 式 在 PIR（ 被 動 紅 外 線 探 測 器 ） 上 產(chǎn)生 變 化 的 熱 釋 紅 外 信 號 。 菲

7、涅 爾 鏡 片 的 原 理 和 應(yīng) 用聚 集 能 量 當(dāng) 人 進 入 感 應(yīng) 范 圍 ， 人 體 釋 放 的 紅 外 光 透 過 鏡 片 被聚 集 在 遠 距 離 A區(qū) 或 中 距 離 B區(qū) 或 近 距 離 C區(qū) 的 某 個 段 的同 心 環(huán) 上 ， 同 心 環(huán) 與 紅 外 線 探 頭 有 一 個 適 當(dāng) 的 焦 距 ， 紅外 光 正 好 被 探 頭 接 收 ， 探 頭 將 光 信 號 變 成 電 信 號 送 入 電子 電 路 驅(qū) 動 負 載 工 作 。 整 個 接 收 人 體 紅 外 光 的 方 式 也 被稱 為 被 動 式 紅 外 活 動 目 標 探 測 器 。 紅 外 感 應(yīng) 源 通 常

8、 由 兩 個 串 聯(lián) 或 者 并 聯(lián) 的 熱 釋 電 元 件組 成 ， 這 兩 個 熱 釋 電 元 件 的 電 極 相 反 ， 環(huán) 境 背 景 輻 射 對 兩個 熱 釋 電 元 件 幾 乎 具 有 相 同 的 作 用 ， 使 其 產(chǎn) 生 的 熱 釋 電 效應(yīng) 相 互 抵 消 ， 輸 出 信 號 接 近 為 零 。 一 旦 有 人 侵 入 探 測 區(qū) 域內(nèi) ， 人 體 紅 外 輻 射 通 過 部 分 鏡 面 聚 焦 ， 并 被 熱 釋 電 元 件 接收 ， 由 于 角 度 不 同 ， 兩 片 熱 釋 電 元 件 接 收 到 的 熱 量 不 同 ，熱 釋 電 能 量 也 不 同 ， 不 能 完 全

9、 抵 消 ， 經(jīng) 處 理 電 路 處 理 后 輸出 控 制 信 號 。 徑 向 移 動 反 應(yīng) 最 不 敏 感 , 而 對 于 橫 切 方 向 (即與 半 徑 垂 直 的 方 向 )移 動 則 最 為 敏 感 。 在 現(xiàn) 場 選 擇 合 適 的 安 裝 位 置 是 避 免 紅 外 探 頭誤 報 、 求 得 最 佳 檢 測 靈 敏 度 極 為 重 要 的 一 環(huán) 。 熱 釋 電 紅 外 傳 感 器 在 結(jié) 構(gòu) 上 引 入 場 效 應(yīng) 管 的 目 的 在 于 完成 阻 抗 變 換 。 由 于 熱 電 元 輸 出 的 是 電 荷 信 號 ， 并 不 能 直 接 使 用 ,因 而需 要 用 電 阻 將

10、 其 轉(zhuǎn) 換 為 電 壓 形 式 ,該 電 阻 阻 抗 高 達 104 ，故 引 入 的 溝 道 結(jié) 型 場 效 應(yīng) 管 應(yīng) 接 成 共 漏 形 式 即 源 極 跟 隨器 來 完 成 阻 抗 變 換 。 熱釋電感應(yīng)燈熱 釋 電 傳 感 器 熱釋電報警器菲 涅 爾 透 鏡 設(shè) 定 按 鈕 高 分 貝 喇 叭 熱釋電報警器（續(xù)） 吸 頂 式 熱 釋 電 報 警 器 17 熱 釋 電 傳感 器 用 于 自 動亮 燈 ， 當(dāng) 然 也可 以 用 于 防 盜熱 釋 電 傳 感 器 的 感 應(yīng) 范 圍 熱釋電傳感器在智能空調(diào)中的應(yīng)用 智 能 空 調(diào) 能 檢 測 出 屋 內(nèi)是 否 有 人 ， 微 處 理 器 據(jù) 此 自動 調(diào) 節(jié) 空 調(diào) 的 出 風(fēng) 量 ， 以 達到 節(jié) 能 的 目 的 。 空 調(diào) 中 ， 熱 釋 電 傳 感 器 的 菲 涅 爾 透 鏡 做成 球 形 狀 ， 從 而 能 感 受 到 屋 內(nèi) 一 定 空 間 角范 圍 里 是 否 有 人 ， 以 及 人 是 靜 止 著 還 是 走動 著 。 上下范圍左 右 范 圍