辐射式传感器PPT课件
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• 当两个受光电极同时受到红外线照射时，信号相互抵消而无输 出。为此，只有当人体移动时才有信号输出，主要用于人体移 动的检测。
场效应管
两块反向
串联的热
释电晶片
.
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10.2热释电传感器工作原理
热释电晶片表面必须罩上一块由一组平行的棱柱 型透镜所组成菲涅尔透镜，每一透镜单元都只有一个 不大的视场角，当人体在透镜的监视视野范围中运动 时，顺次地进入第一、第二单元透镜的视场，晶片上 的两个反向串联的热释电单元将输出一串交变脉冲信 号。当然，如果人体静止不动地站在热释电元件前面， 它是“视而不见”的。
可分为“热探测器”和“光子探测器”两类。 1).热探测器 • 热探测器在吸收红外辐射能后温度升高，引起某种物理性质的
变化，这种变化与吸收的红外辐射能成一定的关系。常用的物 理现象有温差热电现象、金属或半导体电阻阻值变化现象、热 释电现象、气体压强变化现象、金属热膨胀现象、液体薄膜蒸 发现象等。因此，只要检测出上述变化，即可确定被吸收的红
• 用这些物理现象制成的热电探测器，在理论上对一切波长的红 外辐射具有相同的响应。但实际上仍存在差异。其响应速度取
.
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• 热释电传感器是一种检测物体辐射的红外能量的传感 器，它是利用PZT等晶体结构的表面电荷极化随其温 度变化而改变这种特性的传感器。
.
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• 图为热释电传感器的内部结构 其内部结构是由窗口、具有热释 电效应的PZT板以及高阻抗低噪 声的FET组合而成，将其封入壳 内，保持密封性并防止外来噪声 的混入。PZT板表面吸收红外线， 并在受光面的里外各自安装取出电 荷的一对电极，通过改变电极对数 与接线方式，就可进行各种量的检 测。
.
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2. 红外辐射的基本定律 1).基尔霍夫定律 • 物体向周围发射红外辐射能时，同时也吸收周围物体发射的红
外辐射能，即
ER E0
式中 ER——
α——
E0—— 2).斯忒藩-玻尔兹曼定律
• 物体温度越高，发射的红外辐射能越多，在单位时间内其单位 面积辐射的总能量E
ET4
，具有反射、折射、散射、 干涉、吸收等特性。能全部吸收投射到它表面的红外 辐射的物体称为黑体；能全部反射的物体称为镜体； 能全部透过的物体称为透明体；能部分反射、部分吸 收的物体称为灰体。严格地讲，在自然界中，不存在
• 上述这些特性就是把红外光辐射技术用于卫星遥感遥 测、红外跟踪等军事和科学研究项目的重要理论依据。
1 0－ 9
1 0－ 7
/ m 1 0－ 5 1 0－ 3
1 0－ 1
宇 宙 射 线 射 线
X射 线
紫可 外见 线光
/ cm
10
1 0－ 1
10
红 外线
微波
/m
1 02
1 03
1 04
无 线电 波
近红外 中红外
远 红外
极 远红 外
0
3
6
9
12
15
18
21
/ m
.
3
• 在自然界中只要物体本身具有一定温度(高于绝对零度)， 都能辐射红外光。例如电机、电器、炉火、甚至冰块 都能产生红外辐射。
上 下 范 围 左右范围
空调中，热释电传感器的菲涅尔
透镜做成球形状，从而能感受到屋内
一定空间角范围里是否有人，以及人
是静止着还是走动着。
.
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2).光子探测器
• 利用光子效应制成的红外探测器称为光子探测器。常 用的光子效应有光电效应、光生伏特效应、光电磁效
• 热探测器与光子探测器比较：
.
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• 图a是采用1个热释电元件的结构及其等效电路(P2613)，这个热 释电元件(一对电极)敏感地捕捉到被测物体或光源，具有很高的 灵敏度，但对于背景的 波动也比较敏感。主要 用于气体分析或辐射式 温度计。
• 图b是常用的带有温度 补偿型P3782。
.
10
• 图c是采用两个热释电元件，而受光电极反相串联的结构及其等 效电路(P7187)，这种方式可有效防止背景波动的影响，以及干 扰光照射时的误动作。
.
12
菲涅尔透镜
菲涅尔透镜 热释电晶片
.
13
菲涅尔透镜外形
传感器不加菲涅尔 透镜时，其检测距离 小于2m，而加上该透 镜后，其检测距离可 增加3倍以上。
.
14
热释电套件
.
15
热释电报警器
菲涅尔透镜
设定按钮
.
16
热释电报警器（续）
菲涅尔透镜
Φ 5mm
接插件
.
17
热释电报警器（续）
吸顶式 热释电报警器
传感技术与信号处理
第10章
第10章 辐射式传感器
10.1 红外辐射传感器 10.2 热释电传感器工作原理 10.3 红外传感器的应用
.
1
10.1 红外辐射传感器
热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线 而输出电信号的传感器。早在1938年，有人提出过利用热 释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代 才又兴起了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。 热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射 探测器。特别是在科学研究、军事工程和医学方面起着极 其重要的作用。例如红外制导火箭、红外成像、红外遥感 等。红外辐射技术的重要工具就是红外辐射传感器，它是 遥感技术、空间科学的敏感部件。
.
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1. 红外检测的物理基础
• 红外辐射又称红外光，红外光是太阳光谱的一部分，在电磁波中 其波长从1.0～1000um。红外光的最大特点就是具有光热效应， 能辐射热量，它是光谱中最大光热效应区。红外光处在光谱中可 见光之外，它是一种不可见光。电磁波谱中的位置如图 所示。 工程上又把红外线所占据的波段分为四部分， 即近红外、中红 外、 远红外和极远红外。
.
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热释电传感器应用
热释电传 感器用于自动 亮灯，当然也 可以用于防盗
热释电传感器 的感应范围
.
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热释电感应灯
热释电 传感器
.
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自动感应灯
（参考施特朗公司资料）
.
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热释电传感器在智能空调中的应用
智能空调能检测 出屋内是否有人，微 处理器据此自动调节 空调的出风量，以达 到节能的目的。
σ——斯忒藩-玻耳兹曼常数，σ＝5.67×10-8W/(m2·k4)
ε——比辐射率，黑体的ε＝1。.
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3).维恩位移定律
• 红外辐射的电磁波中，包含着各种波长，其峰值辐射波长λm与
物体自身的绝对温度T成反比，即
λm＝2897/T （μm)
.
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3.红外探测器 • 红外探测器是红外检测系统中最重要的器件之一，按工作原理
场效应管
两块反向
串联的热
释电晶片
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10.2热释电传感器工作原理
热释电晶片表面必须罩上一块由一组平行的棱柱 型透镜所组成菲涅尔透镜，每一透镜单元都只有一个 不大的视场角，当人体在透镜的监视视野范围中运动 时，顺次地进入第一、第二单元透镜的视场，晶片上 的两个反向串联的热释电单元将输出一串交变脉冲信 号。当然，如果人体静止不动地站在热释电元件前面， 它是“视而不见”的。
可分为“热探测器”和“光子探测器”两类。 1).热探测器 • 热探测器在吸收红外辐射能后温度升高，引起某种物理性质的
变化，这种变化与吸收的红外辐射能成一定的关系。常用的物 理现象有温差热电现象、金属或半导体电阻阻值变化现象、热 释电现象、气体压强变化现象、金属热膨胀现象、液体薄膜蒸 发现象等。因此，只要检测出上述变化，即可确定被吸收的红
• 用这些物理现象制成的热电探测器，在理论上对一切波长的红 外辐射具有相同的响应。但实际上仍存在差异。其响应速度取
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• 热释电传感器是一种检测物体辐射的红外能量的传感 器，它是利用PZT等晶体结构的表面电荷极化随其温 度变化而改变这种特性的传感器。
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• 图为热释电传感器的内部结构 其内部结构是由窗口、具有热释 电效应的PZT板以及高阻抗低噪 声的FET组合而成，将其封入壳 内，保持密封性并防止外来噪声 的混入。PZT板表面吸收红外线， 并在受光面的里外各自安装取出电 荷的一对电极，通过改变电极对数 与接线方式，就可进行各种量的检 测。
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2. 红外辐射的基本定律 1).基尔霍夫定律 • 物体向周围发射红外辐射能时，同时也吸收周围物体发射的红
外辐射能，即
ER E0
式中 ER——
α——
E0—— 2).斯忒藩-玻尔兹曼定律
• 物体温度越高，发射的红外辐射能越多，在单位时间内其单位 面积辐射的总能量E
ET4
，具有反射、折射、散射、 干涉、吸收等特性。能全部吸收投射到它表面的红外 辐射的物体称为黑体；能全部反射的物体称为镜体； 能全部透过的物体称为透明体；能部分反射、部分吸 收的物体称为灰体。严格地讲，在自然界中，不存在
• 上述这些特性就是把红外光辐射技术用于卫星遥感遥 测、红外跟踪等军事和科学研究项目的重要理论依据。
1 0－ 9
1 0－ 7
/ m 1 0－ 5 1 0－ 3
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宇 宙 射 线 射 线
X射 线
紫可 外见 线光
/ cm
10
1 0－ 1
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红 外线
微波
/m
1 02
1 03
1 04
无 线电 波
近红外 中红外
远 红外
极 远红 外
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/ m
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• 在自然界中只要物体本身具有一定温度(高于绝对零度)， 都能辐射红外光。例如电机、电器、炉火、甚至冰块 都能产生红外辐射。
上 下 范 围 左右范围
空调中，热释电传感器的菲涅尔
透镜做成球形状，从而能感受到屋内
一定空间角范围里是否有人，以及人
是静止着还是走动着。
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2).光子探测器
• 利用光子效应制成的红外探测器称为光子探测器。常 用的光子效应有光电效应、光生伏特效应、光电磁效
• 热探测器与光子探测器比较：
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• 图a是采用1个热释电元件的结构及其等效电路(P2613)，这个热 释电元件(一对电极)敏感地捕捉到被测物体或光源，具有很高的 灵敏度，但对于背景的 波动也比较敏感。主要 用于气体分析或辐射式 温度计。
• 图b是常用的带有温度 补偿型P3782。
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• 图c是采用两个热释电元件，而受光电极反相串联的结构及其等 效电路(P7187)，这种方式可有效防止背景波动的影响，以及干 扰光照射时的误动作。
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菲涅尔透镜
菲涅尔透镜 热释电晶片
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13
菲涅尔透镜外形
传感器不加菲涅尔 透镜时，其检测距离 小于2m，而加上该透 镜后，其检测距离可 增加3倍以上。
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14
热释电套件
.
15
热释电报警器
菲涅尔透镜
设定按钮
.
16
热释电报警器（续）
菲涅尔透镜
Φ 5mm
接插件
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热释电报警器（续）
吸顶式 热释电报警器
传感技术与信号处理
第10章
第10章 辐射式传感器
10.1 红外辐射传感器 10.2 热释电传感器工作原理 10.3 红外传感器的应用
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10.1 红外辐射传感器
热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线 而输出电信号的传感器。早在1938年，有人提出过利用热 释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代 才又兴起了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。 热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射 探测器。特别是在科学研究、军事工程和医学方面起着极 其重要的作用。例如红外制导火箭、红外成像、红外遥感 等。红外辐射技术的重要工具就是红外辐射传感器，它是 遥感技术、空间科学的敏感部件。
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1. 红外检测的物理基础
• 红外辐射又称红外光，红外光是太阳光谱的一部分，在电磁波中 其波长从1.0～1000um。红外光的最大特点就是具有光热效应， 能辐射热量，它是光谱中最大光热效应区。红外光处在光谱中可 见光之外，它是一种不可见光。电磁波谱中的位置如图 所示。 工程上又把红外线所占据的波段分为四部分， 即近红外、中红 外、 远红外和极远红外。
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热释电传感器应用
热释电传 感器用于自动 亮灯，当然也 可以用于防盗
热释电传感器 的感应范围
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热释电感应灯
热释电 传感器
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自动感应灯
（参考施特朗公司资料）
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热释电传感器在智能空调中的应用
智能空调能检测 出屋内是否有人，微 处理器据此自动调节 空调的出风量，以达 到节能的目的。
σ——斯忒藩-玻耳兹曼常数，σ＝5.67×10-8W/(m2·k4)
ε——比辐射率，黑体的ε＝1。.
5
3).维恩位移定律
• 红外辐射的电磁波中，包含着各种波长，其峰值辐射波长λm与
物体自身的绝对温度T成反比，即
λm＝2897/T （μm)
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3.红外探测器 • 红外探测器是红外检测系统中最重要的器件之一，按工作原理