热释电红外探测器.doc

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1、热释电红外探测器热释电红外传感器是一种红外光传感器，属于热电型器件，当热电元件PZT受到光照时能将光能转换为热能，受热的晶体两端产生数量相等符号相反的电荷，如果带上负载就会有电流流过，输出电压信号。热释电效应及原理在自然界，任何高于绝对温度（-273K）的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体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是相关的，而且辐射能量的大小与物体表面温度有关。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。通常，晶体自发极化所产生的束缚电荷被来自空气中附着在晶体表

2、面的自由电子所中和，其自发极化电矩不能表现出来。当温度变化时，晶体结构中的正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于极化程度，图1表示了热释电效应形成的原理。图1热释电效应形成原理热释电传感器利用的正是热释电效应，是一种温度敏感传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体组件组成，组件两个表面做成电极，当传感器监测范围内温度有ΔT的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱电压ΔV。能产生热释电效应的晶体称之为热释电体或热释电组件，其常用的材料有单晶(LiTaO3等)、压电陶瓷（PZT等）及高分子薄

3、膜（PVFZ等）。当以LiTaO3为代表的热释电材料处于自极化状态时，吸收红外线入射波后，结晶的表面温度改变，自极化也发生改变，结晶表面的电荷变得不平衡，把这种不平衡电荷的电压变化取出来，便可测出红外线。热释电材料只有在温度变化时才产生电压，如果红外线一直照射，则没有不平衡电压，一旦无红外线照射时，结晶表面电荷就处于不平衡状态，从而输出电压。热释电红外线传感器因红外光线的照射与遮挡得到或失去热量，从而产生电压输出。从原理上讲应与波长无关，但由热释电材料做成的传感器有一个透光窗，而透光窗的选材与波长有关系。如以SiO2为窗材的传感器，它可以透过几乎全部的可见光，

4、而有的窗材只能通过4μm附近波长的光，有的能透过6.1μm波长的光，有的能透过8μm~14μm波长的光，所以使用不同的窗材就可确认是哪个波长的光产生的热。 热释电红外传感器内部结构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2所示。 图2热释电红外传感器内部电路框图  光学滤镜的主要作用是只允许波长在10μm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

5、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。一旦外界温度变化时，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

6、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。 目前常用的热释电红外传感器 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3所示，各引脚与电路图的对应情况如图4所示。图3常见的热释电红外传感器外形图

7、4各引脚与电路图的对应情况