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热释电红外传感器
阅读:14693时间:2010-11-16 15:13:48

  热释电红外传感器是一种被动式调制型温度敏感器件,利用热释电效应工作,它是通过目标与背景的温差来探测目标的。其响应速度虽不如光子型,但由于它可在室温下使用、光谱响应宽、工作频率宽,灵敏度与波长无关,容易使用。这种探测器,灵敏度高,探测面广,是一种可靠性很强的探测器。因此广泛应用于各类入侵报警器,自动开关、非接触测温、火焰报警器等,目前生产有单元、双元、四元、180°等传感器和带有PCB控制电路的传感器。

原理特性

  热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶,其内部的热电元由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 该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式,因而能以非接触式检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。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号,并不能直接使用 因而需要用电阻将其转换为电压形式 该电阻阻抗高达104MΩ,故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式 即源极跟随器 来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片, 并在它的两面镀上金属电极,然后加电对其进行极化,这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的,因此极化后的探测元也是有正、负极性的。

  制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料,它的探测波长范围为0.2~20μm。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度,该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外,还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。

典型应用

  1 热释电探测器

  常用的热释电探测器如:硫酸三甘钛(TGS)探测器、铌酸锶钡(SBN)探测器、钽酸锂(LiTaO3)探测器、锆钛酸铅(PZT)探测器等。热释电红外传感器本身不发任何类型的辐射,器件功耗很小,隐蔽性好。价格低廉。在电子防盗、人体探测器领域中,热释电红外探测器的应用非常广泛,因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和人士的欢迎。

  2 热释电红外控制开关

  热释电红外控制开关电路由热释红外传感器 (PIR)、热释电红外控制电路、光控电路和控制执行电路组成。

  热释电红外控制电路由集成电路lC(SS0001)和电阻器RZ-R9、电容器Cl-C8组成。SS0001是热释电红外控制专用集成电路,其内部由输入放大器、双向限幅器、状态控制器、延时定时器、锁存定时器和基准电源等电路组成。热释电红外传感器应与非涅尔透镜配合使用,才能提高其灵敏度。在热释电红外传感器未检测到人体红外线信号时,IC的2脚输出低电平,V处于截止状态,K不吸合,负载电路不工作。

  当有人在热释电红外传感器的有效检测区域内活动时,热释电红外传感器将接收到人体发出的红外信号,并将其转变成微弱的脉冲电压信号,此电压信号经lC内电路放大、鉴幅处理及定时控制后,从2脚输出控制高电平,使V导通,K吸合,负载电路通电工作。

发展前景和研究意义

  随着时代的不断进步,人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求,尤其是在家居安全方面,不得不时刻留意那些不速之客。现在现在很多小区都安装了智能报警系统,因而大大提高了小区的安全程度,有效保证了居民的人身财产安全。由于红外线是不见光很强的隐蔽性和保密性,因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。此外,在电子防盗、人体探测等领域中,被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和人士的欢迎。

  目前国内使用的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、主动式红外发射/接收以及微波等技术为基础。而这里所设计的被动式红外报警器则采用了美国的传感元件——热释电红外传感器。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线,并将其转变为电压信号,同时,它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。热释电红外传感器既可用于防盗报警装置,也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比,具有如下特点:

  ●不需要用红外线或电磁波等发射源。

  ●灵敏度高、控制范围大。

  ●隐蔽性好,可流动安装。

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