溫故知新| 一文讀懂紅外熱釋電傳感器

2024-10-18 14:51:00

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熱釋電傳感器是一種能檢測(cè)人或動(dòng)物發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器。早在1938年，就有人提出過(guò)利用熱釋電效應(yīng)探測(cè)紅外輻射，但并未受到重視，直到20世紀(jì)60年代才又興起了對(duì)熱釋電效應(yīng)的研究和對(duì)熱釋電晶體的應(yīng)用。

存在于自然界的物體，如人體、火焰、冰塊等物都會(huì)發(fā)射紅外線，但波長(zhǎng)各不相同。人體溫度為36-37℃，所發(fā)射的紅外線波長(zhǎng)為9-10um，屬遠(yuǎn)紅外區(qū)；400-700℃的發(fā)熱體，所放射出的紅外線波長(zhǎng)為3-5um，屬中紅外區(qū)。熱釋電紅外傳感器不受白天黑夜的影響，可晝夜不停地用于監(jiān)測(cè)，廣泛地用于防盜報(bào)警、感應(yīng)燈等領(lǐng)域。

熱釋電傳感器的原理

熱釋電紅外傳感器一般由管帽、管座、紅外濾光片、敏感元、場(chǎng)效應(yīng)管或者數(shù)字芯片等主要部分組成。

利用熱釋電材料的自發(fā)極化強(qiáng)度隨著外界溫度的變化而產(chǎn)生電荷移動(dòng)的特性，以非接觸方式檢測(cè)出人體輻射的紅外能量的變化，將其轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，以電壓或電流形式輸出，并通過(guò)功率放大器將信號(hào)放大，達(dá)到控制電路的目的。

紅外濾光片窗口材料的可接收通過(guò)波長(zhǎng)：

5.5um長(zhǎng)波通濾光片光譜圖

上圖所示為典型的5.5um長(zhǎng)波通紅外濾光片參考圖，曲線是紅外線通過(guò)率的平均值。該窗口材料是經(jīng)過(guò)特殊真空鍍膜處理過(guò)的半導(dǎo)體硅片。

熱釋電傳感器的分類

根據(jù)信號(hào)處理電路的不同，可以將熱釋電紅外傳感器分為模擬型和數(shù)字型兩類。

模擬型熱釋電紅外傳感器的信號(hào)處理電路是場(chǎng)效應(yīng)管，而數(shù)字型熱釋電紅外傳感器的信號(hào)處理電路是數(shù)字芯片。

熱釋電傳感器的特性

熱釋電紅外傳感器只有配合菲涅爾透鏡使用才能發(fā)揮作用。不加菲涅爾透鏡時(shí)，該傳感器的探測(cè)半徑可能不足2米，配上菲涅爾透鏡則可達(dá)10米，甚至更遠(yuǎn)。菲涅爾透鏡是用普遍的聚乙烯制成的，安裝在傳感器的前面。

菲涅爾透鏡原理如下圖所示：

當(dāng)光線通過(guò)透鏡單元后，在其反面則形成明暗相間的可見(jiàn)區(qū)和盲區(qū)，每個(gè)透鏡單元只有一個(gè)很小的視場(chǎng)角，視場(chǎng)角內(nèi)為可見(jiàn)區(qū)，之外為盲區(qū)。通過(guò)人體在明暗區(qū)的紅外線輻射不斷變化改變熱釋電敏感元的溫度，使它輸出一個(gè)又一個(gè)相應(yīng)的微弱的電信號(hào)。輸出信號(hào)的頻率大約為0.1~10HZ，這一頻率范圍由菲涅爾透鏡、人體運(yùn)動(dòng)速度和熱釋電人體紅外傳感器本身的特性決定。

熱釋電傳感器的應(yīng)用

熱釋電紅外傳感器目前主要應(yīng)用在家居安防、智能辦公、智能燈具、感應(yīng)開(kāi)關(guān)、智能家居、智能門鈴、入侵檢測(cè)、感應(yīng)玩具、智能家電、自動(dòng)化控制等領(lǐng)域。