热释电探测器
热释电红外探测器
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 △ T 的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷 △ Q ,即在两电极之间产 生一微弱电压△ V 。
&那电何*© 0 0 0 0 ❺ © 0 @ O © © © ® 倫条杵T[K]r~S極化T+ATIKJ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。
热释电探测器介绍
热释电红外线传感器热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。
在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。
由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。
为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。
菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。
当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。
人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。
在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。
被动式热释电红外探头的工作原理及特性：人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。
人体发射的10UM 左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。
红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。
所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。
红外探测器原理
红外探测器原理
红外探测器是一种能够感知红外辐射的传感器，其原理基于物体的热辐射特性。
红外辐射是指波长长于可见光的电磁辐射，通常处于0.75μm至1000μm的范围内。
红外探测器主要应用于红外成像、红外测温、红外遥控以及红外安防等领域。
红外探测器的原理主要有热释电、热电偶、焦平面阵列等几种。
热释电原理是基于物质在吸收红外辐射后产生温度升高，从而产生电荷变化的
现象。
热释电探测器的工作原理是通过将红外辐射转化为热能，再将热能转化为电能，最终得到电信号。
这种原理的探测器具有快速响应、高灵敏度的特点，但需要外部电源供电。
热电偶原理是利用两种不同材料的接触产生的塞贝克效应，当其中一种材料吸
收红外辐射时，产生的热量使得两种材料的接触点产生温差，从而产生电压信号。
热电偶探测器的优点是工作稳定、寿命长，但对环境温度变化敏感。
焦平面阵列是一种集成式的红外探测器，由多个微小的红外探测单元组成，每
个单元都能够独立感知红外辐射并转化为电信号。
焦平面阵列探测器具有高分辨率、高灵敏度和多功能集成的特点，广泛应用于红外成像领域。
除了以上几种原理外，红外探测器还可以根据探测方式分为主动式和被动式。
主动式红外探测器通过发射红外辐射并测量其反射回来的信号来实现探测，常用于红外遥控和红外测距。
被动式红外探测器则是通过感知周围环境中的红外辐射来实现探测，常用于红外安防和红外监测。
总的来说，红外探测器通过感知物体的红外辐射来实现探测，其原理多种多样，应用也十分广泛。
随着科技的不断进步，红外探测器的性能将会不断提升，为各种领域的应用提供更加可靠、高效的技术支持。
热释电探测器介绍
热释电红外线传感器热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。
在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。
由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。
为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。
菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。
当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。
人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。
在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。
被动式热释电红外探头的工作原理及特性：人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。
人体发射的10UM 左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。
红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。
所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。
傅里叶红外光谱仪所用的检测器
傅里叶红外光谱仪所用的检测器
傅里叶红外光谱仪常用的检测器有以下几种：
1. 热释电探测器（Thermocouple Detector，TCD）：利用样品区域内气体的传热性质来测量样品辐射出的热量。
适用于大气气体和少量挥发性物质的检测。
2. 热导探测器（Thermal Conductivity Detector，TID）：利用样品与载气混合后导热系数的变化来检测挥发性物质和气体。
适用于空气净化、化学工业中的气体分析。
3. 红外辐射探测器（Infrared Radiation Detector，IRD）：通过监测样品产生的红外辐射信号来检测挥发性物质和气体。
适用于空间探测、地球物理以及制造业中的检测。
4. 二极管（Diode）：利用二极管受入射光电子激发发生电流变化的特性测量光谱强度。
适用于大气、气体和液体等样品的分析。
5. 红外阵列检测器（Infrared Array Detector，IAD）：利用阵列检测器对红外信号进行同时采集和转换，快速地测量样品的红外吸收光谱。
适用于生物医药、材料分析与制造等各个领域。
热探测器分类
用的要求，所以常把几个或几十个热电偶串接起来组成热电堆。热电堆可以 比热电偶提供更大的温差电动势，新型的热电堆采用薄膜技术制成，因此， 称为薄膜型热电堆。 4、热释电探测器 热释电探测器是发展较晚的一种热探测器。如今，不仅单元热释电探 测器已成熟，而且多元列阵元件也成功地获得应用。热释电探测器的探测率 比光子探测器的探测率低，但它的光谱响应宽，在室温下工作，已在红外热 成像、红外摄像管、非接触测温、入侵报警、红外光谱仪、激光测量和亚毫 米波测量等方面获得了应用，所以，它已成为一种重要的红外探测器。
热敏电阻的阻值随自身温度变化而变化。它的温度取决于吸收辐射、 工作时所加电流产生的焦耳热、环境温度和散热情况。热敏电阻基本上是用 半导体材料制成的，有负电阻温度系数（NTC）和正电阻温度系数（PTC） 两种。 热敏电阻通常为两端器件，但也有制成三端、四端的。两端器件或三 端器件属于直接加热型，四端器件属于间接加热型。热敏电阻通常都制得比 较小，外形有珠状、环状和薄片状。用负温度系数的氧化物半导体（一般是 锰、镍和钴的氧化物的混合物）制成的热敏电阻测辐射热器常为两个元件： 一个为主元件，正对窗口，接收红外辐射；另一个为补偿元件，性能与主元 件相同，彼此独立，同封装于一管壳内，不接收红外辐射，只起温度补偿作 用。 3、热电偶和热电堆 热电偶是最古老的热探测器之一，仍得到广泛的应用。热电偶是基于 温差电效应工作的。单个热电偶提供的温器常被分为四种：气动探测器（高莱管） 、热电偶或热电堆、 热敏电阻、热释电探测器。 1、气动探测器（高莱管） 利用充气容器接受热辐射后温度升高气体体积膨胀的原理，测量其容 器壁的变化来确定红外辐射的强度。这是一种比较老式的探测器，但在 1947 年经高莱改进以后的气动探测器，用光电管测量容器壁的微小变化，使灵敏 度大大提高，所以这种气动探测器又称高莱元件。 2、热敏电阻
热辐射器件(热释电探测器)
热探测器
¡¡¡¡
¡
—§6-1
1 热探测器的一般原理
热探测器的一般原理
—¡
热释电探测器
2 热释电探测器
§6-2
一热释电效应1．热释电材料
¡
2．热释电材料单畴极化
¡总的电极化矢量仍能保持下来。
s P v s P
v
¡，将在材料表面吸s P v
s
P v =s s P
v
3．热释电效应定义
¡s P v
4．热释电材料最高工作温度
¡T ↑ T ↑ ＝＝Tc Tc（居里温度时），单畴极化强＝¡¡s P
v
注意
因此，热释电器件不同于其他光电器件，在恒定辐射作用的情况下输出的信号电压为零。
只有在交变辐射的作用下才会有信号输出。
二热释电探测器的电路连接
三热释电探测器的工作原理分析1、热释电探测器的输出电流
2、热释电探测器的输出电压
L d L d R dt dT A R i V ÷øöçè
æ=´=g ¡
四热释电探测器的结构
六．常用的热释电探测器1. 硫酸三甘肽（TGS）晶体热释电器件
¡
¡2. 铌酸锶钡(SBN)¡3. 钽酸锂（LiTaO3）
¡4. 压电陶瓷热释电器件
¡l。
热释电红外传感器原理
热释电红外传感器原理
热释电红外传感器利用物体的红外辐射特性实现对目标物体的检测与监测。
它的工作原理基于热释电效应，即当物体处于不同温度时，会发射出不同强度的红外辐射。
热释电红外传感器的核心部件是由热释电材料制成的探测器。
这种材料能够感应并吸收周围环境中的红外辐射能量。
当被探测的目标物体进入传感器的检测范围内时，目标物体会通过发射红外辐射来改变周围环境的温度分布。
探测器会感知到这种变化，并将其转化为电信号输出。
热释电红外传感器通常还配备有补偿元件和信号处理电路。
补偿元件用于自动调整探测器的温度，以排除环境温度的影响。
信号处理电路则负责处理探测器输出的电信号，将其转化为可读的数字信号或控制信号。
当有人或物体进入传感器的感应范围时，热释电红外传感器会发出警报信号或触发其他相应的操作。
由于其灵敏度高、响应快，以及对环境光和声音的抵抗能力强，因此热释电红外传感器被广泛应用于安防系统、自动化控制以及简单的人体检测等领域。
述热释电探测器、光电倍增管、光电二极管和ccd的优缺点。
述热释电探测器、光电倍增管、光电二极管和ccd的
优缺点。
热释电探测器优点：1、制造简单，体积小；2、电路设计简单；3、低耗能，工作噪声小；4、静标准差低，重复性能良好。
缺点：1、灵敏度低；2、对工作环境温度敏感；3、偶现的偏压误差；4、有滞后和脉冲记忆效应。
光电倍增管优点：1、灵敏度高；2、价格低；3、小型，体积小；4、抗干扰能力强。
缺点：1、输出噪声大；2、微弱信号测量不灵敏；3、起动滞后大；4、容易发生静电和磁滞。
光电二极管优点：1、体积小；2、功耗低；3、制造简单；4、电气特性稳定，灵敏度高。
缺点：1、静电效应；2、有源集电极电流和重复性差；3、复杂的快捷脉冲反转；4、耗电量及成本偏高。
CCD优点：1、耗电量低、功耗小；2、分辨率高、噪声小；3、灵敏度高；4、较低的像素保真度。
缺点：1、价格昂贵；2、制造复杂；3、图像采集速度慢；
4、突发故障时无法复原。
热释电红外探测器的工作原理
热释电红外探测器的工作原理报警电路中通常采用双探测元热释电红外传感器,其结构示意图如图所示。
该传感器将两个特性相同的热释电晶体逆向串联,用来防止其他红外光引起传感器误动作。
另外,当环境温度改变时,两个晶体的参数会同时发生变化,这样可以相互抵消,避免出现检测误差。
该传感器使用时, D端接电源正极, G端接电源负极, S端为信号输出。
被动式红外报警器的组成框图:电路原理：当红外警戒区内无移动物体时,传感器无输出信号,报警电路不工作;当有人闯入警戒区时,只要人体移动,其辐射出的红外线便会被热释电红外传感器所接收,并输出微弱的电信号。
该信号经运算放大器放大后,会输出一个较强的电信号。
再输送给双限电压比较器。
当A2输出的电压>A3的基准电压时, A3 输出高电平;当A2输出的电压<A4 的基准电压时, A4也输出高电平。
这个高电平信号经反向器7变成低电平信号,作为单稳态触发器555的触发信号。
单稳电路触发翻转后,输出高电平,驱动三极管导通报警电路发出警报。
电路中的旁路电容可以起到防止干扰的作用。
LF347Features Description• Low input bias current The LF347 is a high speed quad JFET input operational • High input impedance amplifier. This feature high input impedance, wide• Wide gain bandwidth: 4 MHz Typ.bandwidth, high slew rate, and low input offset voltage and• High slew rate: 13 V/∝ s Typ.bias current. LF347 may be used in circuits requiring highinput impedance. High slew rate and wide bandwidth, lowinput bias current.Parameter Symbol Value Unit Supply Voltage V CC± 18V Differential Input Voltage V I(DIFF)30V Input Voltage Range V I± 15V Output Short Circuit Duration-Continuous-Power Dissipation P D570mW Operating Temperature Range T OPR0 ~ + 70︒ C Storage Temperature Range T STG-65 ~ + 150︒ C74LS0074LS00从属于TTL 门系列.它是一个内部含有四个双输入的与非门芯片.其14脚接+5v 电压;7脚地;当 AB 都为高电平"1"时输出为高电平"0";当AB 都为低电平"0"时输出为高电平"1"；当AB 异同时:即,一个为低电平"0"一个为高电平"1"时输出为高电平"1"555定时器它含有两个电压比较器，一个基本RS 触发器，一个放电开关T ，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为Vcc 32和Vcc 31。
红外热释电传感器工作原理
红外热释电传感器工作原理
红外热释电传感器的工作原理是基于热释电效应。
当目标物体在周围环境中产生温度变化时，其表面所释放的红外辐射也会相应变化。
红外热释电传感器通常由一个红外热释电探测器和一个信号处理电路组成。
红外热释电探测器内部包含一些特殊材料，如锗或钛酸锂晶体，这些材料具有热释电特性，在热敏元件加热的情况下会产生电荷变化。
当目标物体进入传感器的探测范围内，目标物体的温度会与周围环境的温度产生差异，从而导致目标物体表面发出不同强度的红外辐射。
红外热释电探测器会将目标物体表面的红外辐射转化为电信号。
信号处理电路会对探测到的电信号进行处理和分析，判断目标物体是否存在，以及目标物体的位置和运动状态。
通常，这些信号处理电路会比较当前接收到的信号与预设的阈值，当信号超过阈值时，会触发相应的输出信号。
红外热释电传感器广泛应用于自动控制、安防监控、人体检测等领域，其工作原理简单而可靠。
6.5.2 热释电效应与热释电探测器
6.5 非制冷红外焦平面探测器6.5.2 热释电效应与热释电探测器热释电效应与热释电探测器热释电材料的电滞回线何为热释电？通过热变化释放自身束缚电荷的现象！热释电效应：晶体在没有外加电场和应力的情况下，具有自发的或永久的极化强度，且这种电极化强度随晶体本身温度的变化而变化。
当温度降低时电极化强度升高，当温度升高时电极化强度降低。
使电极化强度降低到零时的温度称为居里温度。
具有热释电效应的晶体在固体物理学中称之为铁电体。
热释电效应热电系数是Ps-T曲线斜率的绝对值并随温度而变化。
当温度较低时，热电系数偏小。
当温度适中时，热电系数的绝对值较大，并且不随温度而明显变化，即η近似为常数，因此，可以认为在该温度区内Ps与T呈线性关系，这也是热释电晶体的有效工作区。
当温度接近居里温度时，热电系数起伏较大并容易退极化。
热释电材料的自发极化强度Ps与温度T的关系热释电效应有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）热释电探测器的工作特点热释电器件的电极化强度与热敏元表面静电电荷密度成正比，故热敏元上的静电电荷面密度随材料温度变化而产生相应的变化，也就是说热图像的写入需要动态的光辐射输入。
如果热敏元温度不变，则其表面电荷被读出电路读出后，将不能再产生新的电荷密度，被读出后这一电荷图像就不复存在。
为了能连续摄取图像，就要求热释器件在每帧画面读出后，能够重新产生热敏面的静电电荷图像。
具体的方法是采取人工方法将恒定的入射辐射变成相应变化的入射辐射。
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）热释电探测器的工作特点通常热释电摄像采用的图像入射方式有如下三种：①平移式：摄像机构对景物作平行移动；②摄全景式：摄像机相对被摄景物在原地转动；③斩光式：在摄像机中设置斩光调制器，周期地截止输入辐射。
摄像机光敏面上的图像不动，但其入射能量周期地变化，因而像面温也随时间周期地发生变化。
调制器通常采用矩形波调制(国外有采用阿基米德螺线的调制器)，调制过程需要与帧扫描同步，其频率取帧频的1/2、1/4或1/8。
3-5-2热电探测器
输入到放大器的电压为:
R V = id
(1 + 2 E2 )1 / 2 式 中 τ E ＝ RC 为 电 时 间 常 量 ， R ＝ Rd ＋ RA ， C ＝ Cd‖CA，将id子代入上式，则：
V
=
αωγAd RP0
G (1 + 2 E2 )1 / 2 (1 + 22 T
)1 / 2
4.热释电器件是目前最受重视的热探测器，其机械强度、 响应率、响应速度都很高。在使用这类器件时要特别注 意以下几点； 只能测量交变辐射，对恒定辐射无响应； 机械振动会引起振动噪声，使用时应避免振动； 热释电探测器输出阻抗高(1010—1015Ω)，在使用时必须 接以高阻抗负载和高输入阻抗的放大器。
4
小结——热探测器
1.热探测器是一类基于光辐射与物质相互作用的热效应制 成的器件。 它的光谱响应范围宽而且是平坦的。 但对于交变光信号交变频率来说，热探测器是一种窄 带响应器件，其响应速度一般较低。 速度与响应率之积为一常量，因此，选用器件时要综 合考虑。
2.由半导体材料制成的温差热电堆，响应率高，但机械强度 较差，使用时必须十分当心。它的功耗很小，测量辐射时， 应对所测的辐射强度范围有所估计，不要因电流过大烧毁热 端的黑化金箔。保存时，输出端不能短路，要防止电磁感应。 3.测辐射热计，响应率也较高，光敏面采取致冷措施后，响 应率会进一步提高，但它的机械强度也较差，易破碎。流过 它的偏置电流不能大，避免电流产生的焦耳热影响灵敏面的 温度。
四、噪声等效功率
热释电探测器在考虑到放大器的噪声时，主要有电阻的 热噪声、温度噪声和放大器噪声三个分量。 1.电阻的热噪声来自于晶体的介电损耗与探测器相关联的 电阻。 如果等效电阻为R，则电阻热噪声电流的均方值为
热释电探测器原理
热释电探测器原理热释电探测器是一种利用物体释放的红外辐射来检测其存在的传感器。
它利用了物体对热辐射的特定响应，可以在没有可见光的情况下检测到物体的存在。
热释电探测器的原理基于材料的热释电效应和光电探测技术。
热释电效应是指当材料受到红外辐射时，其内部温度会发生变化，从而导致热释电效应。
这是由于吸收红外辐射的能量会使材料的内部结构发生变化，从而引起材料的温度变化。
热释电效应是许多晶体和陶瓷材料特有的性质，利用这种效应可以制造出热释电材料。
一般来说，热释电材料是由铁电陶瓷材料制成的，例如锂钽酸铽等。
热释电材料具有极性晶格结构，当受到红外辐射时，其内部电荷分布会发生变化，从而改变了材料的极化程度。
这种极化程度的变化会产生极化电荷，导致材料表面产生电势差。
这种电势差可以通过金属电极的连接来测量，并将其转化为电信号。
在热释电探测器中，热释电材料通常制成薄膜状，并固定在传感器的表面。
当物体发出红外辐射时，热释电材料会吸收这些辐射并产生温度变化。
这个温度变化会导致材料表面产生电势差，进而形成电流信号。
通过测量这个电流信号的强度和变化，可以确定物体的存在和移动。
为了提高热释电探测器的性能，通常会将其与其他元件结合在一起。
例如，一个常见的热释电探测器系统包括透镜和滤光片。
透镜可以集中并聚焦红外辐射到热释电材料上，从而增强探测器对红外辐射的灵敏度。
滤光片则可以滤除掉除了感兴趣的特定波长之外的其他光线，从而减少背景噪声的干扰。
除了这些基本元件外，热释电探测器还可以结合其他技术来提高其性能。
例如，一些热释电探测器使用微机电系统（MEMS）技术制造，可以实现小型化和集成化的设计。
此外，一些高级探测器还可以采用多个热释电材料和电路来提高灵敏度和分辨率。
总的来说，热释电探测器利用物体对红外辐射的特定响应来检测其存在。
通过利用热释电效应，热释电材料可以转化红外辐射的能量为电信号。
通过测量这个电信号的强度和变化，可以确定物体的存在和移动。
述热释电红外探测器的使用场合。
述热释电红外探测器的使用场合。
热释电红外探测器（Pyroelectric Infrared Detector，简称PIR传感器）是一种能
够探测人体红外线辐射的传感器，通常用于安防监控、智能家居、自动化控制等领域中。
PIR传感器能够快速、准确地监测到人体的活动，并与其他设备进行配合，实现各种自动
化活动。
以下是PIR传感器的使用场合：
1. 安防监控：PIR传感器可以用于监测入侵者，并发送警报给安防系统，从而增强安全防范。
在商业和住宅中，它们常常被用作安保的一个组成部分，特别是对于室外的安全
监控。
2. 能源管理：PIR传感器可以用于智能家居智能化管理，例如能够精细控制室内照明，以减少能源浪费。
当室内有人活动时，灯光自动开启，当离开时灯光自动关闭，这不仅方
便了生活，更有助于节省资源。
3. 自动化控制：PIR传感器还可用于各种自动化控制方案中，例如楼梯照明、自动门、智能开关等。
通过安装PIR传感器，可以实现自动化控制，更加便捷高效。
4. 其他应用领域：在一些特殊的应用领域中，如行业检测、医疗卫生领域、科学实
验等，PIR传感器也可以起到重要的作用。
比如在实验室中，管理人员可以使用PIR传感
器来检测危险物品，为实验人员和环境安全提供保障。
总之，PIR传感器可以应用于许多领域，并且随着技术的不断改进和升级，其功能也
日益强大。
随着人们对绿色环保低碳生活的需要不断增加，也将推动PIR传感器的应用领
域不断扩大。
热释电探测器原理
红外热释电传感器是一种非常有潜力的传感器，它可以检测人或某些动物发出的红外光并转换成电信号输出，是感应人体存在的高灵敏度红外探测元器件。
热释电传感器顶部的长方形窗口加有滤光片，可以使人体发出的9~10μm的红外光通过，不需要接触人体就能检测出人体辐射能量的不同以及变化，并把它转换成电压信号输出。
通过将信号放大，就可以驱动各种控制电路，用在电源开关控制、防盗报警、自动控制等多种场景下。
其实，早在1938年就有人提出利用热释电效应来探测红外辐射，无奈当时并未受到重视。
直到60年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才逐渐推动了对热释电效应的研发和应用。
在自然环境中，任何高于绝对温度（-273K）的物体都会产生红外光，不同温度的物体释放出的红外光的波长并不相同，而且辐射能量的大小也不尽相同。
人体的恒定体温在37℃左右，会发出10μm左右特定波长的红外线，热释电传感器就是靠探测人体发射出的红外线进行工作的。
热释电人体红外传感器的特点是它只有在外界辐射引起它本身的温度发生变化时，才给出一个相应的电信号。
当温度的变化趋于稳定时，就不会有信号输出，也就是说热释电信号与它本身的温度的变化率成正比，或者说热释电人体红外传感器只对运动的人体敏感。
热释电传感器除了用在常见的自动门、感应灯、智能防盗报警系统上，也在越来越多的智能电器中应用广泛。
如无人时自动关闭的空调、电视；有人靠近时自动开启的监视器、自动门铃等。
热释电红外探测器组成和原理
热释电红外探测器组成和原理1热释电红外探测器的组成 (1)1.1热释电红外传感器的结构 (1)1.2热释电红外探测器的光学系统 (2)2热释电红外探测器的原理 (5)在过去的几十年里，传感器这一用语经历了从诞生到家喻户晓的过程。
今天很难找到一个科学领域或产业部门能够完全脱离传感器而存在。
热释电红外传感器作为热释电红外探测器的核心部件因其新颖的工作原理越来越受到人们的关注。
本章将先介绍热释电红外探测器的工作原理，并深入分析热释电红外传感器的工作原理，然后对热释电红外探测器的组成和关键技术做详细介绍。
1热释电红外探测器的组成目前市场上的热释电红外传感器是探测器的核心器件。
如图1所示。
它的主要部分是由高热电系数的材料制成尺寸约在2×1mm的探测元件。
在每个探测器内装入一个或两个探测元件、并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度变化而产生的干扰。
热释电红外传感器的作用主要是探测接收红外辐射并将其转换为微弱的电压信号。
下面小节中将对热释电红外传感器的热释电效应做详细分析介绍。
图1 热释电红外探测器的基本组成1.1热释电红外传感器的结构热释红外传感器和热电偶一样是基于热电效应的热电型红外传感器。
不同的是，它的热释电系数远远高于热电偶，其内部的热电元件采用高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化强度随温度的变化而变化。
为了抑制因自身温度变化而产生的干扰，在工艺上将两个特征一致的热电敏感元反向串联接成差动平衡电路，它能以非接触式探测出物体放出的红外线能量变化，并将其转换为电信号输出。
典型的热释电红外传感器结构如图2所示，热释电陶瓷敏感元件、场效应管和偏置高阻被封在管壳内。
器件的性能不仅与敏感元件本身的特性有关，与敏感元件的物理尺寸、固定方式、以及偏置电阻的大小和场效应管的类型也有关。
红外窗口的性能、器件密封方式以及外围电路的特性都会影响器件的探测效率。
图2 热释电红外传感器内部结构热释电红外传感器是以探测人体辐射为目标，所以热释电元件对波长为m 12~8左右的红外辐射必须非常敏感。
热释电探测器工作原理
热释电探测器工作原理热释电探测器，听起来高大上，其实就是个能感知温度变化的小家伙。
想象一下，它就像一个超级敏感的“热觉察者”，只要有一点点热量变化，它就能嗅到。
这个小家伙主要利用的是热释电效应。
说白了，就是当某些材料受到温度变化时，它们会释放出电荷。
简单来说，温度一升高，这些材料就像打了鸡血一样，开始“嗨”起来，释放出电流来。
你可以把它想象成一个热爱派对的家伙，温度一上升，它就像被点燃了一样，立马响应。
这种效应的运作原理就像我们日常生活中那种“冷热交替”的感觉一样。
比如说，你在外面冻得瑟瑟发抖，回到家里一开空调，那种温暖瞬间包围你的感觉，哇，简直太美妙了。
而热释电探测器就是利用这种热量的变化来检测周围环境的。
让我们聊聊它的实际应用吧。
你知道吗，它们在安防系统中可是大显身手的。
比如说，夜深人静的时候，家里突然响起警报，原来是这个小家伙发现了潜在的入侵者。
就好比你在家里睡觉，忽然感觉到有个“人”在你周围移动，结果是你那个讨厌的室友又出来找吃的，简直让人无奈。
这种探测器还被广泛应用于一些智能家居设备里。
像是自动开关灯的系统，简直方便得不得了。
你走进一个房间，灯光瞬间亮起，仿佛在说：“欢迎光临，我的主人！”不再需要摸黑找开关，真是省心又省力，简直是懒人的福音。
再说说它的工作原理，听上去复杂，其实并不难。
热释电探测器内有一些特殊的材料，比如说钛酸钡。
当这些材料被热量刺激时，它们的电荷会发生变化，从而产生电流。
这就像是在进行一场热量的“跳舞”，温度一变化，电流就开始欢快地流动，最终被探测器接收到。
有趣的是，这些探测器并不是总是“侦探”周围的热量。
有些时候，它们会“失业”，比如在温度变化不大的环境中。
不过，别担心，它们总是准备好迎接下一次的挑战。
就像我们总会有忙碌和放松的时刻，热释电探测器也是如此。
热释电探测器的优点可多着呢。
它们不需要太多电源，使用起来相对环保。
毕竟，随着科技的发展，节能减排已经成了我们生活中的重要一环。
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12.1.1 红外辐射
/ m
10－ 9 10－ 7 10－ 5 10－ 3 10－ 1 10
/ cm
10－ 1 10
紫可 宇 宙 射 线 射 线 X射 线 外 见 红 外 线 微 波
线光
/m
102 103 104
无 线 电波
λ=0.76～1000 μm
第12章 辐射式传感器
红外热像仪是一种用来探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、电信号处理 等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的高科技产品。 红外热像仪具有很高的军事应用价值和民用价值。在军事上，红外热像仪可应用 于军事夜视侦查、武器瞄具、夜视导引、红外搜索和跟踪、卫星遥感等多个领域； 在民用方面，红外热像仪可以用于材料缺陷的检测与评价、建筑节能评价、设备 状态热诊断、生产过程监控、自动测试、减灾防灾等诸多方面。
1.5～1.8μm，2.0～3.5 μm，即近、中红外波段，在白天日照条件好的时候扫描 成像常用这些波段，比如TM的5、7波段等用以探测植物含水量以及云、雪或用 于地质制图等。
3.5～5.5μm，即中红外波段，物体的热辐射较强。这一区间除了地面物体反射光 谱反射太 阳辐 射外 ， 地 面物 体也有自 身的 发射能量 。 比 如 ，NOAA 卫 星的 AVHRR传感器用3.55～3.93μm探测海面温度，获得昼夜云图。
第12章 辐射式传感器
大气的透射和大气窗口
红外辐射在大气中传播时，大气层对不同波长的红外线存在不 同的吸收带，红外线气体分析器就是利用该特性工作的，空气 中对称的双原子气体，如N2、O2、H2等不吸收红外线。而红外 线在通过大气层时，有三个波段透过率高，它们是2～2.6μm、 3～5 μm和8～14 μm，统称它们为“大气窗口”。这三个波段 对红外探测技术特别重要，因此红外探测器一般都工作在这三 个波段（大气窗口）之内。
第12章 辐射式传感器
1. 热探测器
热探测器的工作机理是：利用红外辐射的热效应，探测器的 敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使某些有关物理参 数发生相应变化，通过测量物理参数的变化来确定探测器所吸 收的红外辐射。
与光子探测器相比，热探测器的探测率比光子探测器的峰 值探测率低，响应时间长。但热探测器主要优点是响应波段宽， 响应范围可扩展到整个红外区域，可以在常温下工作，使用方 便， 应用相当广泛。
第12章 辐射式传感器
ThermaCAM P30红外热像仪
德国英福泰克红外热像仪
FLIR夜视仪/FLIR红外热成像
第12章 辐射式传感器
长波1024×1024 QWIP照 相机的红外成像
从美国国家海洋和大气局的红外卫星云图上可以看到，美 国东区时间9月12日晚上9点15分时，飓风“伊万”的中心
距离古巴最西端东南方向190英里。
第12章 辐射式传感器
第12章 辐射式传感器
热释电效应的强弱用热释电系数来表示。 假设整个晶体的温度均匀地改变了一个小 量ΔT，则极化的改变可由下式给出：
P pT, (8.1)
式中p是热释电系数。
对于恒定辐射没有响应。
第12章 辐射式传感器
概述： AE-S708系列红外热释电传感器是利用材料的热释电效应、材料的极化强度随温 度变化而探测红外线辐射的光接收器件；具有探测度高、响应频谱宽、响应时间 短、能在室温的情况下工作不需要致冷等优点； AE-S708系列红外热释电传感器根据使用场所不同装载了不同波长的窄带滤光片 或截止型滤光片，可广泛用于各种光谱测量、辐射功率测量、非接触温度测量、 气体分析、入侵报警、火焰探测、自动照明领域。 特点：
便携式红外热像仪
第12章 辐射式传感器 红外热波无损检测技术的应用
第12章 辐射式传感器
12.1.2 红外传感器一般由光学系统、 探测器、信号调理电路及
显示单元等组成。 红外探测器是红外传感器的核心。红外探 测器是利用红外辐射与物质相互作用所呈现的物理效应来探 测红外辐射的。红外探测器的种类很多，按探测机理的不同， 分为热探测器和光子探测器两大类。
8～14μm，即远红外波段。主要来自物体热辐射的能量，适于夜间成像，测量探 测目标的地物温度。
0.8～2.5cm，即微波波段，由于微波穿云透雾的能力，这一区间可以全天候工作。 而且由其他窗口区间的被动遥感工作方式过渡到主动遥感的工作方式。如侧视 雷达影像，Radarsat 的卫星雷达影像等。其常用的波段为 0.8cm，3crn，5cm， 10cm，有时也可将该窗口扩展为0.05cm至300cm 波段。
第12章 辐射式传感器
热探测器主要有四类：热释电型、热敏电阻型、热电阻型 和气体型。其中，热释电型探测器在热探测器中探测率最高， 频率响应最宽，所以这种探测器倍受重视，发展很快。这里我 们主要介绍热释电型探测器。
第12章 辐射式传感器
热释电型红外探测器是根据热释电效应制成的，即电石、 水晶、酒石酸钾钠、钛酸钡等晶体受热产生温度变化时，其原子 排列将发生变化，晶体自然极化， 在其两表面产生电荷的现象 称为热释电效应。用此效应制成的“铁电体”， 其极化强度 （单位面积上的电荷）与温度有关。当红外辐射照射到已经极化 的铁电体薄片表面上时引起薄片温度升高，使其极化强度降低， 表面电荷减少，这相当于释放一部分电荷，所以叫做热释电型传 感器。如果将负载电阻与铁电体薄片相连，则负载电阻上便产生 一个电信号输出。输出信号的强弱取决于薄片温度变化的快慢， 从而反映出入射的红外辐射的强弱，热释电型红外传感器的电压 响应率正比于入射光辐射率变化的速率。
近红外 中红外
0
3
6
远红外
极 远 红外
9
12
15
18
21
/ m
图12 – 1 电磁波谱图
第12章 辐射式传感器
第12章 辐射式传感器
大气窗口主要有：
0.3～1.3μm，即紫外、可见光、近红外波段。这一波段是摄影成像的最佳波段， 也是许多卫星传感器扫描成像的常用波段。比如，Landsat 卫星的TM 的 1～4 波 段，SPOT卫星的HRV波段等。
第12章 辐射式传感器
红外热像仪的工作原理如图8.2-10所示。光学系统收集辐射线，经滤波处理后将 景物图形聚集在探测器上，光学机械扫描包括两个扫描镜组：垂直扫描和水平扫 描。扫描器位于光学系统和探测器之间，当镜子摆动时，从物体到达探测器的光 束也随之移动，形成物点与物象互相对应。然后探测器将光学系统逐点扫描所依 次搜集的景物温度空间分布信息，变为按时序排列的电信号，经过信号处理后， 由显示器显示出可见图象—物体温度的空间分布情况。