热释电红外传感器原理及其应用
传感器原理及其应用-第10章-红外传感器重点
第10章 红外传感器
10.2 红外传感器
红外传感器是将红外辐射能量的变化转换为电量变化的一种传 感器，也常称为红外探测器。它是红外探测系统的核心，它的 性能好坏，将直接影响系统性能的优劣。选择合适的、性能良 好的红外传感器，对于红外探测系统是十分重要的。
按探测机理的不同，红外传感器分为热传感器和光子传感器两
维恩公式比普朗克公式简单，但仅适用于不超过3000 K的温 度范围，辐射波长在0.4～0.75m 之间。当温度超过3000 K时， 与实验结果就有较大偏差。
从维恩公式可以看出，黑体的辐射本领是波长和温度的函数， 当波长一定时，黑体的辐射本领就仅仅是温度的函数，这就是 单色辐射式测温和比色测温的理论依据。
武汉理工大学机电工程学院
第10章 红外传感器
近年来，红外技术在军事领域和民用工程上，都得到了广泛 应用。军事领域的应用主要包括： (1) 侦查、搜索和预警； (2) 探测和跟踪； (3) 全天候前视和夜视； (4) 武器瞄准； (5) 红外制导导弹； (6) 红外成像相机； (7) 水下探潜、探雷技术。
10.2.1 红外光子传感器
红外光子传感器是利用某些半导体材料在红外辐射的照射下， 产生光电效应，使材料的电学性质发生变化。通过测量电学性 质的变化，就可以确定红外辐射的强弱。
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第10章 红外传感器
按照红外光子传感器的工作原理，一般分为外光电效应和内 光电效应传感器两种。内光电效应传感器又分为光电导传感器、 光生伏特(简称光伏)传感器和光磁电传感器3种。 (1) 大部分外光电传感器只对可见光有响应。可用于红外辐射 的光电阴极很少。S-1(Ag-O-Cs)是一种。它的峰值响应波长 是0.8 m，光谱响应扩展到1.2 m。目前外光电效应探测器只用 于可见光和近红外波长范围。
热释电红外传感器的工作原理
热释电红外传感器的工作原理热释电红外传感器是一种采用热释电效应来感测红外辐射的传感器。
该传感器能够感知物体的温度和运动状态，具有广泛的应用领域，如安防、自动化、机器人等。
一、热释电效应原理热释电效应是指在非均匀电介质中，当物理量（如温度）发生变化时，电介质中的电荷会发生移动，导致电势的变化。
这种现象叫做热释电效应。
利用这种效应可以制成红外传感器。
二、热释电红外传感器的结构热释电红外传感器由传感器芯片、滤光器、接收器、前置放大器、信号处理电路、输出电路等组成。
传感器芯片通常由热释电材料制成，如聚乙烯、锂铌酸锂等。
滤光器主要过滤掉不需要的光波，只让红外波通过。
接收器将红外波转化为电信号，然后通过前置放大器放大。
信号处理电路对信号进行滤波、增益等处理。
输出电路将处理后的信号转化为可用的电压或电流输出。
三、热释电红外传感器的工作原理1. 当有热源或物体进入传感器的感应区域时，将发射红外辐射波。
2. 经过滤光器的过滤，只有红外波通过，照射到传感器芯片上。
3. 传感器芯片产生电荷的移动，产生电势，经由接收器转化为电信号。
4. 通过前置放大器放大信号之后，通过信号处理电路进行滤波、增益等操作。
5. 处理后的信号通过输出电路转化为可用的电压或电流输出。
四、热释电红外传感器的优缺点1. 优点：响应速度快、结构简单、功耗低、灵敏度高、价格相对较低、在恶劣环境下也可以进行工作。
2. 缺点：受环境影响较大、易受其它电磁辐射的干扰、动态响应能力较差。
综上所述，热释电红外传感器是一种基于热释电效应工作的传感器，其工作原理主要是利用物体的红外辐射，产生电荷移动，最终产生电势并输出信号。
该传感器具有快速响应速度、低功耗、灵敏度高等优点，但受到环境影响较大、易受其它电磁辐射的干扰等缺点。
人体热释电红外传感器原理
人体热释电红外传感器原理
人体热释电红外传感器是一种检测人体红外辐射的传感器，其原理是基于人体的热释电效应。
当人体处于运动状态时，身体会产生一定的热量，这些热量会以红外辐射的形式散发出去。
人体热释电红外传感器通过检测这些红外辐射来感知人体的存在。
传感器的核心部件是一个热敏元件，通常是一组红外探测器。
当人体进入传感器的探测范围内时，红外辐射会被探测器吸收，从而使探测器的温度发生变化。
这种温度变化会被转换成电信号，进而被放大和处理，最终输出一个人体存在的信号。
人体热释电红外传感器具有高灵敏度、快速响应、低功耗等优点，广泛应用于安防、智能家居、自动化控制等领域。
但是，由于传感器只能检测到人体的热辐射，因此在环境温度变化较大或者存在其他热源干扰时，传感器的准确性可能会受到影响。
总之，人体热释电红外传感器是一种基于热释电效应的传感器，通过检测人体产生的红外辐射来感知人体的存在。
其工作原理简单、响应速度快、功耗低，是一种广泛应用于安防、智能家居等领域的传感器。
热释电红外传感器模块原理与使用.
热释电红外传感器模块原理与使用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。
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。
除了在楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域得到应用。
比如：在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机；电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的电路；开启监视器或自动门铃上的应用；摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等等。
热释电传感需内部结构J企福diy科孝據宪孝习网热释电原理：热释电红外传感器内部的热释电晶体具有极化现象，并且随温度的变化而变化。
当恒定的红外辐射照射在探测器上时，热释晶体温度不变，晶体对外呈电中性，探测器没有电信号输出，因而恒定的红外辐射不能被检测到。
当交变的红外线照射到晶体表面时，晶体温度迅速变化，这时才发生电荷的变化从而形成一个明显的外电场，这种现象称为热释电效应。
人体温36〜37度，会发出10um 左右的红外线,当无人体移动时，热释电红外 感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电 红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的 红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。
传感器模块感应范围 输出引脚图热释电人体红外传感器只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。
不加菲涅尔 透镜时，该传感器的探测半径可能不足 2m 配上菲涅尔透镜则可达10m 甚至更 远。
菲涅尔透镜是用普遍的聚乙烯制成的， 安装在传感器的前面。
透镜的水平方 向上分成三部分，每一部分在竖直方向上又分成若干不同的区域， 所以菲涅尔透 镜实际是一个透镜组，当光线通过透镜单元后，在其反面则形成明暗相间的可见 区和盲区。
每个透镜单元只有一个很小的视场角， 视场角内为可见区，之外为盲 区。
而相邻的两个单元透镜的视场既不连续，更不交叠，却都相隔一个盲区。
当 人体在这一监视范围中运动时，顺次地进入某一单元透镜的视场， 又走出这一视 场，热释电传感器对运动的人体一会儿看到， 一会又看不到，再过一会儿又看到， 然后又看不到，于是人体的红外线辐射不断改变热释电体的温度，使它输出一个 又一个相应的信号。
热释电红外传感器及其应用
尚中锋 1，郭景华 2，祁明锋 1,2，范子亮 2
（.郑州炜盛电子科技有限公司，河南 郑州 450001）
摘要：为有效解决电化学、气敏类传感器稳定性差、检测范围窄、易中毒、测量精度低等问题，研制了一种基于钽酸锂薄膜材 料的热释电红外气体传感器。重点介绍了该气体传感器的工作原理及其结构设计，其结构采用双通道光路测量结构，分别为测 量通道和参考通道，有效避免了光源波动和腔体污染对传感器造成的影响。该传感器具有结构新颖、简单可靠、测量范围宽、 不中毒等特点，市场应用前景广阔。 关键词： 钽酸锂薄膜;热释电红外气体传感器;双通道结构;光源波动.
Abstract: In order to effectively resolve the problem of the electrochemical, gas type sensor, such as poor stability, narrow detection range, easy to poisoning and low accuracy etc.， a pyroelectric infrared gas sensor is developed based on lithium tantalate thin-film. The emphasis is paid on the working principle of the gas sensor and its design, its structure using two-channel optical measurement of the structure, respectively measuring channel and reference channel, effectively prevent the light source fluctuation and cavity impact of pollution on the sensor. The sensor has a novel structure, simple and reliable, wide measuring range, not poisoning etc., the market prospect is broad. Keyword: lithium tantalate thin films; pyroelectric infrared gas sensor; dual-channel structure; light fluctuations. 中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：
第六章、 热释电红外传感器及其应用
热释电效应：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 而产生的电极化现象称为热释电效应。 通常，晶体自发极化所产生的束缚电荷被空气中 附集在晶体外表面的自由电子所中和，其自发极化 电矩不能显示出来。当温度变化时，晶体结构中的 正、负电荷重心产生相对位移，晶体自发极化值就 会发生变化，在晶体表面就会产生电荷，对外显示 电性。 若温度对时间的变化率为Dt/dt，极化强度PS 对 时间的变化率为dPs/dt，它相当于外电路上流动的 电流。射电极面积为A，则信号电压的大小为：
第六章、 热释电红外传感器及其应用
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。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。
表10.1.1
TWH95系列控制电路内部设计有两个高阻抗输入低噪声运算 放大器，其总增益限制在67dB之内，灵敏度可通过外接电阻进行 调整。比较器为一个典型的窗口比较电路，其上下阈值经若干次 选择后，确定出最佳门限值。其比较放大电路由内部4V稳压电路 供电，设有温度补偿电路，因此增益不会随外界温度的变化而改 变。这种电路能抑制热气团流动所产生的红外干扰，误报率低， 其探测距离达12米以上。TWH95系列电路，均有使能控制端RD， 该脚悬空时为自动状态，接入光控元件可使电路白天待机，晚上 恢复自动工作。 电路内部均有为PIR预热的开机自动延时电路，延迟时间为45 秒，使PIR预热后建立稳定的工作状态。内部还设置了输出延时系 统电路，
热释电红外传感器-热释电感应灯
• 热探测器主要类型有热释电型,热敏电阻型,热电偶型与气体 型探测器。而热释电探测器在热探测器探测率最高,频率响应 最宽,所以这种探测器备受重视,发展很快
•
• （三）热释电红外探测器
• 一．热释电效应
• 一些陶瓷材料具有自发极化(如铁电晶体)地特征,且其自极化 地大小在温度有稍许变化时有很大地变化。在温度长时间恒 定时由自发极化产生地表面极化电荷数目一定,它吸附空气地 电荷达到衡,并与吸附地存在于空气地符号相反地电荷产生与 :若温度因吸收红外光而升高,则极化强度会减小,使单位面积 上极化电荷相应减少,释放一定量地吸附电荷;若与一个电阻 连成回路会形成电流,则电阻上可以产生一定地电压降,这种 因温度变化引起自发极化值变化地现象称为热释电效应
相互作用来改变电子地能量状态,引起各种电学现象,这种现 象称光子效应。利用光子效应制成地红外探测器,统称光子探 测器 • 光子探测器地主要特点是灵敏度高,响应速度快,具有较高地 响应频率,但探测波段较窄,一般需在低温下工作
二．热探测器
热探测器是利用红外辐射地热效应,探测器地敏感 元件吸收辐射能后引起温度升高,而使有关物理参 数发生相应变化,通过测量物理参数地变化,便可 确定探测器所吸收地红外辐射
• 体温度为三六℃～三七℃,其辐射地红外波长λm=二 九八九 /（三0九～三一0）≈九.六七～九.六四μm。可见,体辐射地红 外线最强地波长正好在滤光片地响应波长七.五～一四mm地 心处。故滤光窗能有效地让体辐射地红外线通过,而阻止太阳 光,灯光等可见光地红外线通过,免除干扰
• （四）菲涅尔透镜
• 菲涅尔透镜地作用有两个:一是聚焦作用,即将探测空间地红 外线有效地集到传感器上。不使用菲涅尔透镜时传感器地探 测半径不足二m,只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。 配上菲涅尔透镜时传感器地探测半径可达到一0m。第二个 作用是将探测区域内分为若干个明区与暗区,使入探测区域地 移动物体能以温度变化地形式在敏感元件上产生变化地热释 红外信号。
红外热释电传感器原理
红外热释电传感器原理红外热释电传感器原理 1红外热释电传感器原理 2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。
1.2 被动式热释电红外传感器的工作原理与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。
2）为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。
3）被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。
而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。
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热释电红外传感器原理及其应用热释电红外传感器原理及其应用
热释电红外传感器（thermoelectric infrared sensor，TIRS）是一种利用热释电效应（thermoelectric effect）来检测环境中红外热源的光学传感器。
它能够通过辐射能量与传感器内表面温度的差异来检测非可见的红外辐射，以实现远距离监测和测量热源发射能力的目的。
热释电红外传感器的工作原理是，当热释电芯片内的两个特定的同质金属材料互相接触时，会出现一个电压，这称为热释电效应。
热释电红外传感器将两种金属材质聚集在一起，当热源照射到传感器表面时，会让其中一种材料受热，而另一种材料不受热。
随着材料的表面温度升高，热释电效应将产生一个电压，这一区别值便可以表示出环境中红外辐射强度发生变化的情况。
热释电红外传感器广泛应用于飞机机舱设备房内的温度监控，能够检测空调系统及周边电子设备的温度变化，从而维持机舱温度在所需范围内。
此外，也常用于物流运输、医疗保健及无人机等行业对环境温度进行监控，能够有效降低安全风险，提高工作效率。
此外，热释电红外传感器还可用于检测大气污染物，能够根据环境温度及湿度两种因素来监测大气环境，提供可靠的污染数据以帮助制定行之有效的污染防治措施。