热释电效应原理简述

热释电效应原理简述

热释电红外传感器通过目标与背景的温差来探测目标，其工作原理是利用热释电效应，即在钛酸钡一类晶体的上、下表面设置电极，在上表面覆以黑色膜，若有红外线间歇地照射，其表面温度上升△T，其晶体内部的原子排列将产生变化，引起自发极化电荷，在上下电极之间产生电压△U。常用的热释电红外线光敏元件的材料有陶瓷氧化物和压电晶体，如钛酸钡、钽酸锂、硫酸三甘肽及钛铅酸铅等。

实质上热释电传感器是对温度敏感的传感器。它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。在环境温度有ΔT的变化时，由于有热释电效应，在两个电极上会产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱的电压ΔV。由于它的输出阻抗极高，在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ΔQ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，ΔT=0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，则有ΔT输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以这种传感器也称为人体运动传感器。由实验证明，传感器不加光学透镜(也称菲涅尔透镜)，其检测距离小于2m，而加上光学透镜后，其检测距离可增加到10m左右。

热释电红外感应传感器内部电路及工作原理

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，其内部电路如图1所示。

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。一旦有人侵入探测区域内，人体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。在自然界，任何高于绝对温度(-273℃)时物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长

与温度的高低有关。

人体或者体积较大的动物都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10μm左右的红外线，当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅耳透镜滤光片增强后聚集到红外感应源(热释电元件)上，红外感应源在接收到人体红外辐射时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，进而产生△T并将△T向外围电路输出，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有信号输出，所以这种传感器适合检测人体或者动物的活动情况。

热释电红外传感器常用型号

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2所示。

热释电红外传感器的主要参数:

热释电红外传感器的主要工作参数有:

工作电压:常用的热释电红外传感器工作电压范围为3～15V;

工作波长:通常为7.5～14 μm;

源极电压:通常为0.4～1.1V，R=47kΩ;

输出信号电压:通常大于2.0V;

检测距离:常用热释电红外传感器检测距离约为6～10m；

水平角度:约为120°；

工作温度范围:－10℃～＋40℃。

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热释电红外传感器及其典型应用

摘要：介绍了热释电红外传感器的结构、工作原理、给出了热释电红外传感器的两种典型应用电路一一红外报警电路和洗手间自动出水

系统电路，分析了电路功能和原理。

关键词：热释电红外传感器：BISS0001 防盗报警：红外开关

The typical application of pyroelectric infrared sensors Abstract：The principle of pyroelectdc infrared sensors is discussed in this paper .Two typicat application circuits with

pyroelectric infrared sensors are provided, including infrared —alarm circuit and automatic water supply system circuit in washroom，the function and the theory are also discussed. Key words：Pyroelectric Infrared Sensors；

BISS0001;Infrared-alarm：Infrared-switch

1 引言

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．但并末受到重视，直到六十年代，随着激光、红外技术

的迅速发展，才又推动了对热释电效应的研宄和对热释电晶体的应用。热释电晶体己广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器．它可以作为红外激光的一种较理想的探测器，目前已广泛应用于各种自动化系统中。

2 红外辐射基本原理

太阳光经二棱镜能分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等七种颜

色，它们是可见光。其波长范围在O．36μm到O．76μm之间。在红

和紫两端的外面还有人眼感觉不到的光，称为不可见光。红外光就

是介乎可见红光和微波之间的电磁彼．它的波长范围在0.76μm到1000μm (1．0mm)之间，频率㎜为4×1014 Hz到3×l011 Hz。在红

外光谱学中把1—15μm称为近红外波段． 15—50μm为中红外波段．50—1000μm为远红外波段。在自然界中，任何高于绝对零度(一273℃)的物体都是红外辐射源。热释电红外传感器正是根据物