热释电红外传感器的工作原理

热释电红外传感器的工作原理热释电红外传感器的工作原理 整理日期 2007 12 25 14 09 14 资料编辑 点击次数 67 热释电红外传感器通过目标与背景的温差来探测目标 其工作原理是利用热释电效应 即在钛 酸钡一类晶体的上 下表面设置电极 在上表面覆以黑色膜 若有红外线间歇地照射 其表面 温度上升 T 其晶体内部的原子排列将产生变化 引起自发极化电荷 在上下电极之间产生 电压 U 常用的热释电红外线光敏元件的材料有陶瓷氧化物和压电晶体 如钛酸钡 钽酸锂 硫酸三甘肽及钛铅酸铅等 热释电红外传感器内部由光学滤镜 场效应管 红外感应源 热释 电元件 偏置电阻 EMI 电容等元器件组成 其内部电路框图如图 1 所示 光学滤镜的主要作用是只允许波长在 10 m 左右的红外线 人体发出的红外线波长 通过 而将 灯光 太阳光及其他辐射滤掉 以抑制外界的干扰 红外感应源通常由两个串联或者并联的热 释电元件组成 这两个热释电元件的电极相反 环境背景辐射对两个热释电元件几乎具有相同 的作用 使其产生的热释电效应相互抵消 输出信号接近为零 一旦有人侵入探测区域内 人 体红外辐射通过部分镜面聚焦 并被热释电元件接收 由于角度不同 两片热释电元件接收到 的热量不同 热释电能量也不同 不能完全抵消 经处理电路处理后输出控制信号 热释电效应同压电效应类似 是指由于温度的变化而引起晶体表面电荷的现象 热释电红外 传感器由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成 在元件两个表面做成电极 在传感器监测范围内温 度有 T 的变化时 热释电效应会在两个电极上产生电荷 Q 即在两电极之间产生一微弱的 电压 V 由于它的输出阻抗极高 在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换 热释电效应所 产生的电荷 Q 会被空气中的离子所结合而消失 即当环境温度稳定不变时 T O 传感器 无输出 在自然界 任何高于绝对温度 273 时物体都将产生红外光谱 不同温度的物体 其释放的 红外能量的波长是不一样的 因此红外波长与温度的高低有关 人体或者体积较大的动物都有恒定的体温 一般在 37 度 所以会发出特定波长 10 m 左右的 红外线 当人体进入检测区 因人体温度与环境温度有差别 人体发射的 10 m 左右的红外线 通过菲涅耳透镜滤光片增强后聚集到红外感应源 热释电元件 上 红外感应源在接收到人体红 外辐射时就会失去电荷平衡 向外释放电荷 进而产生 T 并将 T 向外围电路输出 后续电 路经检测处理后就能产生报警信号 若人体进入检测区后不动 则温度没有变化 传感器也没有信号输出 所以这种传感器适合 检测人体或者动物的活动情况 目前常用的热释电红外传感器型号主要有 P228 LHl958 LHI954 RE200B KDS209 PIS209 LHI878 PD632 等 热释电红外传感器 通常采用 3 引脚金属封装 各引脚分别为电源供电端 内部开关管 D 极 DRAIN 信号输出端 内部开关管 S 极 SOURCE 接地端 GROUND 常见的热释电红外传感器外形如图 2 所示 各引脚功能如图 3 所示 热释电红外传感器的主要工作参数有工作电压 常用的热释电红外传感器工作电压范围为 3 15V 工作波长 通常为 7 5 14 m 源极电压 通常为 0 4 1 1V R 47k 输出信号电 压 通常大于 2 0V 等 热释电红外传感器的特点是反应速度快 灵敏度高 准确度高 测量范 围广 使用方便 尤其可以进行非接触式测量使其主要应用于铁路 车辆 石油化工 食品 医药 塑料 橡胶 纺织 造纸 电力等行业的温度测量 温度检测 设备故