热释电传感器及其应用new

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1、智能检测控制技术及仪表装置发展研讨会论文集热释电传感器及其应用ApplicationofthePyroelectricsensor量春纠(大连职业技术学院，辽宁大连1l6037)摘要：从热释电传感器所基于的热释电效应开始，阐述了热释电传感器的_T作原理、变化和处理电路，总结出其基本特性和曲线，介绍了热释电传感器的基本应用。同时，分析了被动式红外线探头的结构和原理，并给出了应用实例和电路分析。关键词：热释电效应热释电传感器热释ll_l等效电路被动式红外探头人体感应开关Abstract：Fromthed

2、escriptionofPyroelectriceffectwhichisthebasictheoryofPyroelectricsensor,thisarticleintroduceitsworkingprinciple，itsprocessingcircuit，itscharacterandsurvey,anditsbasicapplication．Meanwhile，someoftheexamplesaregiventoanalyzetheirconstructionandtheirmeasu

3、rementprincipleinthepassiveinfraredSenSOLKeyword：Pyroelectriceffect；Pyroelectricsensor；Pyroelectricprocessingcircuit；passiveinfraredsensor；HumanInductionswitch1热释电效应1．1热释电效应原理当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象被称为热释电效应。凡是有自发极化的晶体，其表面均会出现面束缚电

4、荷。而这些面束缚电荷平时被晶体内部的自由电子和空气中附着在晶体表面的自由电荷所中和，其白发极化电矩不能表现出来，因此在常态下呈中性。如果交变的辐射通过光敏元照射在极化晶体上，则品体的温度就会变化，晶体结构中的止负电荷重心相对移位，自发极化发生变化，晶体表面就会产生电荷耗尽，电荷耗尽的状况正比丁-极化程度。即：晶片的白发极化强度以及由此引起的面束缚电荷的密度均以同样频率发生周期性变化。如果面束缚电荷变化较快，自由电荷米不及中和，在垂直丁．白发极化久餐的两个端面间就会出现交变的端电压。图1表示了热释电效

5、应形成的原理。1．2热释电效应材料能产生热释电效应的晶体称之为热释电体或热释电元件，常川的热释电材料有单品、乐电陶瓷及高分子薄膜等种类。单晶热释电晶体的热释电系数高，介质损耗小，性能最好的热释电传感器至今人多选川单品制作，如TGS、LATGS、LiTa03等。压电陶瓷热释电晶体成本较低，响应较慢。如入侵报警州PZT陶瓷传感器：I：作频率为0．2～智能检测控制技术及仪表装置发展研讨会论文集5Hz。薄膜热释电材料可以Jl二}j溅射、液相外延等方法制备。有些薄膜的白发极化取向率已接近单晶水平。由于薄膜一般

6、可以做得很薄，冈而对丁．制作高性能的热释电传感器十分有利。2热释电传感器的工作原理2．{热释电电流的输出热释电传感器利用的止是热释电效应，是一种温度敏感传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极而构成响应元。当传感器监测范围内温度有△T的变化时，因热释电效应会在两个电极上产生电荷AQ，即在两电极之间产生一微弱电压AV。由于它的输出阻抗极高，所以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△O会跟空气中的离子结合而消失，当环境温度稳定不变时，AT=O，传感器无输出。O

7、热jF衡条件T[K】热能温度变化造成极化T+△T【K】囫检测电路《弓oor—一女o@o}霾扣品体图1热释电效应形成的原理图2热释电响应元及其传感器．X-作原理与所有热传感器一样，热释电传感器的：[作原理可以用3个过程来描述：由辐射转化为热的吸收过程：由热转化为温度的加热过程：由温度转化电的测温过程。加热过程与热敏电阻、热电偶是类似的。根据热平衡方程，对周期变化的红外辐射响应元温升为．，椰△』(，2——了2=2iG41-i-∞2f2r1、式中：①一正弦变化辐射功率峰值；∽一辐射角频率；e一响应元比辐射

8、率；G一响应元热导，单位1／WK：TT=C／G热容与有效热导之比，即热时间常数，单位S。而热释电电流与辐射角频率、响应元面积、温升成正比，即‘=coPAd△乃r，、式中：P一热电系数；Ad一响应元面积。将式(1)代入式(2)，则有scoPA，，，lc，=—]——鲁①G√1+092T2f11可见，对于特定的响应元(其面积Ad、热电系数P、比辐射率e、响应元热导G、热时间常数t一定)的热释电电流，如果辐射角频率一定，则只与感受的辐射功率的人小成l[比，并随辐射功率的变化而