熱(re)釋(shi)電(dian)紅(hong)外(wai)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)一(yi)種(zhong)非(fei)常(chang)有(you)應(ying)用(yong)潛(qian)力(li)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)。它(ta)能(neng)檢(jian)測(ce)人(ren)或(huo)某(mou)些(xie)動(dong)物(wu)發(fa)射(she)的(de)紅(hong)外(wai)線(xian)並(bing)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)電(dian)信(xin)號(hao)輸(shu)出(chu)，是(shi)一(yi)種(zhong)能(neng)檢(jian)測(ce)人(ren)體(ti)發(fa)射(she)的(de)紅(hong)外(wai)線(xian)的(de)新(xin)型(xing)高(gao)靈(ling)敏(min)度(du)紅(hong)外(wai)探(tan)測(ce)元(yuan)件(jian)。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化
，並將其轉換成電壓信號輸出。將輸出的電壓信號加以放大，便可驅動各種控製電路，如作電源開關控製、防盜防火報警等。

 

 

早在1938年，有人就提出利用熱釋電效應探測紅外輻射，但並未受到重視。直到六十年代，隨著激光、紅外技術的迅速發展
，才又推動了對熱釋電效應的研究和對熱釋電晶體的應用開發。

 

熱釋電效應

 

當一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產生數量相等而符號相反的電荷，這種由於熱變化產生的電極化現象，被稱為熱釋電效應。

 

通(tong)常(chang)，晶(jing)體(ti)自(zi)發(fa)極(ji)化(hua)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)束(shu)縛(fu)電(dian)荷(he)被(bei)來(lai)自(zi)空(kong)氣(qi)中(zhong)附(fu)著(zhe)在(zai)晶(jing)體(ti)表(biao)麵(mian)的(de)自(zi)由(you)電(dian)子(zi)所(suo)中(zhong)和(he)
，其(qi)自(zi)發(fa)極(ji)化(hua)電(dian)矩(ju)不(bu)能(neng)表(biao)現(xian)出(chu)來(lai)。當(dang)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)時(shi)，晶(jing)體(ti)結(jie)構(gou)中(zhong)的(de)正(zheng)負(fu)電(dian)荷(he)重(zhong)心(xin)相(xiang)對(dui)移(yi)位(wei)，自(zi)發(fa)極(ji)化(hua)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)，晶(jing)體(ti)表(biao)麵(mian)就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)電(dian)荷(he)耗(hao)盡(jin)
，而(er)電(dian)荷(he)耗(hao)盡(jin)情(qing)況(kuang)正(zheng)比(bi)於(yu)極(ji)化(hua)程(cheng)度(du)。

 

 

能產生熱釋電效應的晶體稱之為熱釋電體或熱釋電元件。熱釋電元件常用的材料有單晶(LiTaO3 等)、壓電陶瓷(PZT等)及高分子薄膜(PVFZ等)。

 

熱re釋shi電dian傳chuan感gan器qi利li用yong的de正zheng是shi熱re釋shi電dian效xiao應ying，這zhe是shi一yi種zhong對dui溫wen度du敏min感gan的de傳chuan感gan器qi。它ta由you陶tao瓷ci氧yang化hua物wu或huo壓ya電dian晶jing體ti元yuan件jian組zu成cheng，在zai元yuan件jian兩liang個ge表biao麵mian做zuo成cheng電dian極ji，在zai傳chuan感gan器qi監jian測ce範fan圍wei內nei溫wen度du有youΔT的變化時，熱釋電效應會在兩個電極上會產生電荷ΔQ，即在兩電極之間產生一微弱的電壓ΔV。由於它的輸出阻抗極高，在傳感器中有一個場效應管進行阻抗變換。熱釋電效應所產生的電荷ΔQ會被空氣中的離子所結合而消失，即當環境溫度穩定不變時
，ΔT=0，則傳感器無輸出。當人體進入檢測區
，因人體溫度與環境溫度有差別，產生ΔT，則有ΔT輸出;若人體進入檢測區後不動
，則溫度沒有變化

，傳感器也沒有輸出了。所以這種傳感器檢測人體或者動物的活動傳感。

 

 

熱釋電紅外線傳感器結構

 

普通熱釋電人體紅外線傳感器的外形如圖所示，D腳和S腳分別為內部場效應管的漏極和源極的引出端，G腳為內部敏感元件的接地引出端。因S和G之間懸空，故使用時其間應接輸出電阻R，才能輸出傳感信號。為了增強抗幹擾能力
，在此電阻上應並一個電容C。傳感器由敏感單元、濾光窗和菲涅爾透鏡組成。

 

 

敏感單元

 

 

敏min感gan單dan元yuan的de等deng效xiao電dian路lu如ru圖tu所suo示shi，內nei部bu敏min感gan材cai料liao做zuo成cheng很hen薄bo的de薄bo片pian，每mei一yi薄bo片pian相xiang對dui的de兩liang麵mian各ge引yin出chu一yi根gen電dian極ji，在zai電dian極ji兩liang端duan則ze形xing成cheng一yi個ge等deng效xiao的de小xiao電dian容rong
，因yin為wei這zhe兩liang個ge小xiao電dian容rong是shi做zuo在zai同tong一yi矽gui晶jing片pian上shang的de

，且qie形xing成cheng的de等deng效xiao小xiao電dian容rong能neng自zi身shen產chan生sheng極ji化hua
，在zai電dian容rong的de兩liang端duan產chan生sheng極ji性xing相xiang反fan的de正zheng、負電荷。但這兩個電容的極性是相反串聯的。這正是傳感器的獨特設計之處，因而使得它具有獨特的抗幹擾性。

 

當傳感器沒有檢測到人體輻射出的紅外線信號時
，由於C1、C2自身產生極化，在電容的兩端產生極性相反、電量相等的正、負電荷，而這兩個電容的極性是相反串聯的
，所以，正、負電荷相互抵消，回路中不產生電流，傳感器無輸出。

 

當人體靜止在傳感器的檢測區域內時，照射到C1、C2上的紅外線光能能量相等，且達到平衡，極性相反、能量相等的光電流在回路中相互抵消。傳感器仍然沒有信號輸出。同理
，在燈光或陽光下，因陽光移動的速度非常緩慢

，C1、C2上的紅外線光能能量仍然可以看作是相等的
，且在回路中相互抵消;再加上傳感器的響應頻率很低(一般為0.1~10Hz)
，即傳感器對紅外光的波長的敏感範圍很窄(一般為5~15um)，因此，傳感器對它們不敏感。

 

當環境溫度變化而引起傳感器本身的溫度發生變化時，因C1、C2做在同一矽晶片上，它所產生的極性相反

、能量相等的光電流在回路中仍然相互抵消，傳感器無輸出。

 

隻zhi有you當dang人ren體ti移yi動dong時shi，紅hong外wai輻fu射she引yin傳chuan感gan器qi敏min感gan單dan元yuan的de兩liang個ge等deng效xiao電dian容rong產chan生sheng不bu同tong的de極ji化hua電dian荷he時shi，才cai會hui向xiang外wai輸shu出chu電dian信xin號hao。所suo以yi
，這zhe種zhong傳chuan感gan器qi隻zhi對dui人ren體ti的de移yi動dong或huo運yun動dong敏min感gan，對dui靜jing止zhi或huo移yi動dong很hen緩huan慢man的de人ren體ti不bu敏min感gan，且qie對dui可ke見jian光guang和he大da部bu分fen紅hong外wai線xian具ju有you良liang好hao的de抗kang幹gan擾rao能neng力li。

 

濾光窗

 

它是由一塊薄玻璃片鍍上多層濾光層薄膜而成的，濾光窗能有效地濾除7.0~14μm波長以外的紅外線。例如，SCA02-1對 7.5~14μm波長的紅外線的穿透量為70%，在6.5μm處時下降為65%
，而在5.0μm處時陡降為0.1%，有效地保證了對人體紅外線的選擇性。

 

因為，物體發射出的紅外線輻射能，最強波長和溫度的關係滿足λm×T=2989(μmk)(其中λm為最大波長，T為絕對溫度)。人體的正常體溫為 36~37.5℃，即309~310.5K，其最強紅外線的波長為λm=2989/(309~310.5)=9.67~9.64μm
，中心波長為9.65μm。因此，人體輻射的最強紅外線的波長正好落在濾光窗的響應波長(7~14μm)的中心。所以，濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線通過
，而最大限度地阻止陽光、燈光等可見光中的紅外線通過，以免引起幹擾。

 

菲涅爾透鏡

 

不使用菲涅爾透鏡時傳感器的探測半徑不足2米，隻有配合菲涅爾透鏡使用才能發揮最大作用。配上菲涅爾透鏡時傳感器的探測半徑可達到10米。

 

 

菲涅爾透鏡用聚乙烯塑料片製成，顏色為乳白色或黑色，呈半透明狀，但對波長為10um左右的紅外線來說卻是透明的。其外形為半球
，透鏡在水平方向上分成3 個(ge)部(bu)分(fen)
，每(mei)一(yi)部(bu)分(fen)在(zai)豎(shu)直(zhi)方(fang)向(xiang)上(shang)又(you)等(deng)分(fen)成(cheng)若(ruo)幹(gan)不(bu)同(tong)的(de)區(qu)域(yu)。最(zui)上(shang)麵(mian)部(bu)分(fen)的(de)每(mei)一(yi)等(deng)份(fen)為(wei)一(yi)個(ge)透(tou)鏡(jing)單(dan)元(yuan)，它(ta)們(men)由(you)一(yi)個(ge)個(ge)同(tong)心(xin)圓(yuan)構(gou)成(cheng)

，同(tong)心(xin)圓(yuan)圓(yuan)心(xin)在(zai)透(tou)鏡(jing)單(dan)元(yuan)內(nei)。中(zhong)間(jian)和(he)下(xia)半(ban)部(bu)分(fen)的(de)每(mei)一(yi)等(deng)份(fen)也(ye)為(wei)分(fen)別(bie)一(yi)個(ge)透(tou)鏡(jing)單(dan)元(yuan)，同(tong)樣(yang)由(you)同(tong)心(xin)圓(yuan)構(gou)成(cheng)，但(dan)同(tong)心(xin)圓(yuan)圓(yuan)心(xin)不(bu)在(zai)透(tou)鏡(jing)單(dan)元(yuan)內(nei)。

 

當(dang)光(guang)線(xian)通(tong)過(guo)這(zhe)些(xie)透(tou)鏡(jing)單(dan)元(yuan)後(hou)，就(jiu)會(hui)形(xing)成(cheng)明(ming)暗(an)相(xiang)間(jian)的(de)可(ke)見(jian)區(qu)和(he)盲(mang)區(qu)。由(you)於(yu)每(mei)一(yi)個(ge)透(tou)鏡(jing)單(dan)元(yuan)隻(zhi)有(you)一(yi)個(ge)很(hen)小(xiao)的(de)視(shi)角(jiao)，視(shi)角(jiao)內(nei)為(wei)可(ke)見(jian)區(qu)，視(shi)角(jiao)外(wai)為(wei)盲(mang)區(qu)。任(ren)何(he)兩(liang)個(ge)相(xiang)鄰(lin)透(tou)鏡(jing)單(dan)元(yuan)之(zhi)間(jian)均(jun)以(yi)一(yi)個(ge)盲(mang)區(qu)和(he)可(ke)見(jian)區(qu)相(xiang)間(jian)隔(ge)，它(ta)們(men)斷(duan)續(xu)而(er)不(bu)重(zhong)疊(die)和(he)交(jiao)叉(cha)。這(zhe)樣(yang)
，當(dang)把(ba)透(tou)鏡(jing)放(fang)在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)正(zheng)前(qian)方(fang)的(de)適(shi)當(dang)位(wei)置(zhi)時(shi)，運(yun)動(dong)的(de)人(ren)體(ti)一(yi)旦(dan)出(chu)現(xian)在(zai)透(tou)鏡(jing)的(de)前(qian)方(fang)
，人(ren)體(ti)輻(fu)射(she)出(chu)的(de)紅(hong)外(wai)線(xian)通(tong)過(guo)透(tou)鏡(jing)後(hou)在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)上(shang)形(xing)成(cheng)不(bu)斷(duan)交(jiao)替(ti)變(bian)化(hua)的(de)陰(yin)影(ying)區(qu)(盲區)和明亮區(可見區)，使傳感器表麵的溫度不斷發生變化，從而輸出電信號。

 

也可以這樣理解，人體在檢測區內活動時，一離開一個透鏡單元的視場，又會立即進入另一個透鏡單元的視場
，(因為相鄰透鏡單元之間相隔很近)，傳感器上就出現隨人體移動的盲區和可見區，導致傳感器的溫度變化，而輸出電信號。

 

菲涅爾透鏡不僅可以形成可見區和盲區，還有聚焦作用，其焦點一般為5厘米左右，實際應用時，應根據實際情況或資料提供的說明調整菲涅爾透鏡與傳感器之間的距離，一般把透鏡固定在傳感器正前方1~5厘米的地方。

 

 

被動式熱釋電紅外傳感器的工作原理與特點

 

在自然界，任何高於絕對溫度(-273K)時(shi)物(wu)體(ti)都(dou)將(jiang)產(chan)生(sheng)紅(hong)外(wai)光(guang)譜(pu)
，不(bu)同(tong)溫(wen)度(du)的(de)物(wu)體(ti)，其(qi)釋(shi)放(fang)的(de)紅(hong)外(wai)能(neng)量(liang)的(de)波(bo)長(chang)是(shi)不(bu)一(yi)樣(yang)的(de)，因(yin)此(ci)紅(hong)外(wai)波(bo)長(chang)與(yu)溫(wen)度(du)的(de)高(gao)低(di)是(shi)相(xiang)關(guan)的(de)。而(er)且(qie)輻(fu)射(she)能(neng)量(liang)的(de)大(da)小(xiao)與(yu)物(wu)體(ti)表(biao)麵(mian)溫(wen)度(du)有(you)關(guan)。

 

 

人體都有恒定的體溫
，一般在37度，所以會發出10weimizuoyoutedingbochangdehongwaixian
，beidongshihongwaitantoujiushikaotancerentifashedehongwaixianerjinxinggongzuode。hongwaixiantongguofeinieerlvguangpianzengqianghoujujidaoreshidianyuanjian，zhezhongyuanjianzaijieshoudaorentihongwaifushebianhuashijiuhuishiqudianhepingheng，xiangwaishifangdianhe，houjingjiancechulihoujiunengchanshengbaojingxinhao。beidonghongwaitantou，qichuanganqibaohanlianggehuxiangchuanlianhuobingliandereshidianyuanjian。erqiezhichengdelianggedianjihuafangxiangzhenghaoxiangfan
，huanjingbeijingfusheduilianggereshiyuanjianjihujuyouxiangtongdezuoyong，shiqichanshengshidianxiaoyingxianghudixiao
，yushitanceqiwuxinhaoshuchu。

 

被動式熱釋電紅外探頭的優缺點：

 

優點：

1、被動紅外傳感器本身不發任何類型的輻射
，隱蔽性好;

 

2、器件功耗很小;

 

3、價格低廉。

 

 

缺點：

1、信號幅度小，容易受各種熱源、光源幹擾;

 

2、被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋
，不易被探頭接收。

 

3
、易受射頻輻射的幹擾。

 

4、環境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。

 

5
、被動紅外探測器的主要檢測的運動方向為橫向運動方向，對徑向方向運動的物體檢測能力比較差。

 

熱釋電紅外傳感器的應用

 

熱釋電晶體已廣泛用於紅外光譜儀、紅外遙感
、熱輻射探測器等。除了在樓道自動開關、防盜報警上得到應用外，在更多的領域得到應用。例如：在房間無人時會自動停機的空調機、飲水機;電視機能判斷無人觀看或觀眾已經睡覺後自動關機的電路;人靠近時自動開啟監視器或自動門鈴;攝影機或數碼照相機自動記錄動物或人的活動;……

 

自動門

 

zaizidongmenlingyuzhong，beidongshirentireshidianhongwaixianganyingkaiguandeyingyongfeichangguangfan，yinqixingnengwendingqienengchangqiwendingkekaogongzuoershoudaoguangdayonghudehuanying
，zhezhongkaiguanzhuyaoyourentireshidianhongwaixianchuanganqi、信號處理電路、控製及執行電路、電源電路等幾部分組成。

 

 

熱釋電紅外自動門主要由光學係統、熱釋電紅外傳感器、信號濾波和放大、信(xin)號(hao)處(chu)理(li)和(he)自(zi)動(dong)門(men)電(dian)路(lu)等(deng)幾(ji)部(bu)分(fen)組(zu)成(cheng)。菲(fei)涅(nie)爾(er)透(tou)鏡(jing)可(ke)以(yi)將(jiang)人(ren)體(ti)輻(fu)射(she)的(de)紅(hong)外(wai)線(xian)聚(ju)焦(jiao)到(dao)熱(re)釋(shi)電(dian)紅(hong)外(wai)探(tan)測(ce)元(yuan)上(shang)
，同(tong)時(shi)也(ye)產(chan)生(sheng)交(jiao)替(ti)變(bian)化(hua)的(de)紅(hong)外(wai)輻(fu)射(she)高(gao)靈(ling)敏(min)區(qu)和(he)盲(mang)區(qu)
，以(yi)適(shi)應(ying)熱(re)釋(shi)電(dian)探(tan)測(ce)元(yuan)要(yao)求(qiu)信(xin)號(hao)不(bu)斷(duan)變(bian)化(hua)的(de)特(te)性(xing);熱釋電紅外傳感器是報警器設計中的核心器件，它可以把人體的紅外信號轉換為電信號以供信號處理部分使用;信號處理主要是把傳感器輸出的微弱電信號進行放大、濾波

、延遲、比較，為功能的實現打下基礎。

 

人體感應燈

 

 

智能空調

 

智能空調能探測出室內是否有人及人是靜止還是活動
，據此自動控製開關機、製冷(熱)量及室溫，以達到節能和人性化的目的。