熱釋電紅外傳感器通過目標與背景的溫差來探測目標,其工作原理是利用熱釋電效應,即在鈦酸鋇一類晶體的上、下表面設置電極,在上表面覆以黑色膜,若有紅外線間歇地照射,其表面溫度上升△T,其晶體內部的原子排列將產生變化,引起自發極化電荷,在上下電極之間產生電壓△U。常用的熱釋電紅外線光敏元件的材料有陶瓷氧化物和壓電晶體,如鈦酸鋇、鉭酸鋰、硫酸三甘肽及鈦鉛酸鉛等。
????????? 熱釋電紅外傳感器內部由光學濾鏡、場效應管、紅外感應源(熱釋電元件)、偏置電阻、EMI電容等元器件組成,其內部電路框圖如圖1所示。
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????????? 光學濾鏡的主要作用是只允許波長在10μm左右的紅外線(人體發出的紅外線波長)通過,而將燈光、太陽光及其他輻射濾掉,以抑制外界的干擾。?
????? 紅外感應源通常由兩個串聯或者并聯的熱釋電元件組成,這兩個熱釋電元件的電極相反,環境背景輻射對兩個熱釋電元件幾乎具有相同的作用,使其產生的熱釋電效應相互抵消,輸出信號接近為零。一旦有人侵入探測區域內,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,不能完全抵消,經處理電路處理后輸出控制信號。
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????? 熱釋電效應同壓電效應類似,是指由于溫度的變化而引起晶體表面電荷的現象。熱釋電紅外傳感器由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成,在元件兩個表面做成電極,在傳感器監測范圍內溫度有△T的變化時,熱釋電效應會在兩個電極上產生電荷△Q,即在兩電極之間產生一微弱的電壓△V。由于它的輸出阻抗極高,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△Q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,△T=O,傳感器無輸出。
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????? 在自然界,任何高于絕對溫度(-273℃)時物體都將產生紅外光譜,不同溫度的物體,其釋放的紅外能量的波長是不一樣的,因此紅外波長與溫度的高低有關。
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????? 人體或者體積較大的動物都有恒定的體溫,一般在37度,所以會發出特定波長10μm左右的紅外線,當人體進入檢測區,因人體溫度與環境溫度有差別,人體發射的10μm左右的紅外線通過菲涅耳透鏡濾光片增強后聚集到紅外感應源(熱釋電元件)上,紅外感應源在接收到人體紅外輻射時就會失去電荷平衡,向外釋放電荷,進而產生△T并將△T向外圍電路輸出,后續電路經檢測處理后就能產生報警信號。
????????? 若人體進入檢測區后不動,則溫度沒有變化,傳感器也沒有信號輸出,所以這種傳感器適合檢測人體或者動物的活動情況。
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????? 目前常用的熱釋電紅外傳感器型號主要有P228、LHl958、LHI954、RE200B、KDS209、PIS209、LHI878、PD632等。熱釋電紅外傳感器通常采用3引腳金屬封裝,各引腳分別為電源供電端(內部開關管D極,DRAIN)、信號輸出端(內部開關管S極,SOURCE)、接地端(GROUND)。???????
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????????? 熱釋電紅外傳感器的主要工作參數有工作電壓(常用的熱釋電紅外傳感器工作電壓范圍為3~15V)、工作波長(通常為7.5~14 μ
????? m)、源極電壓(通常為0.4~1.1V,R=47kΩ)、輸出信號電壓(通常大于2.0V)等