热释电红外探测器报警与成像原理的分析研究
热释电红外防盗报警器
综述题目：热释电红外传感器防盗报警器设计与实现专业班级：姓名：学号：01热释电红外传感器1.1热释电红外传感器的基础知识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荷电的现象。
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，在传感器监测范围内温度有ΔT的变化时，热释电效应会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。
所以这种传感器检测人体或者动物的活动传感。
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，其检测距离可大于7m。
1.2热释电红外线传感器的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。
热释电红外传感器工作原理
热释电红外传感器工作原理
热释电红外传感器是一种测量和检测红外辐射的设备，它利用物体发出的红外辐射来探测物体的存在。
其工作原理基于物体的热能状态。
当一个物体的温度高于绝对温度零度时，它会发出红外辐射。
这些红外辐射按照不同的波长和频率发射出去。
热释电红外传感器通过检测这些红外辐射来感知物体的存在。
热释电红外传感器通常由一个红外探测器和一个信号处理单元组成。
红外探测器通常是由热释电材料制成，如锂钽酸锂、锂铌酸锂等。
这些材料能够根据温度的变化而产生电荷。
当物体靠近红外探测器时，物体的红外辐射也会靠近传感器。
这会导致探测器吸收更多的红外辐射，从而使其温度上升。
温度的升高会导致热释电材料中的离子在晶格之间移动，并产生电荷。
这些电荷被收集并转化为电压信号。
信号处理单元会接收并处理来自红外探测器的电压信号。
它会分析信号的幅度和频率，以判断是否存在物体并确定其位置和运动。
通过与预设的阈值进行比较，传感器可以触发适当的响应，如报警、触发摄像头拍摄等。
总之，热释电红外传感器通过测量和分析物体发出的红外辐射来感知其存在。
它的工作原理基于热释电材料的特性，利用物体温度的变化产生电荷，并将其转化为电压信号。
这种传感器可以广泛应用于防盗系统、人体检测、智能家居等领域。
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是一种常用于人体检测、安防监控以及自动化控制等领域的传感器。
其原理基于物体的红外辐射，利用热释电效应将红外辐射转化为电信号，从而实现对物体的探测与识别。
热释电效应是指在某些晶体或陶瓷材料中，当物体通过其表面或附近经过时，由于温度的变化，将会产生电荷的分离和聚集，形成电压信号。
这种效应的基本原理是，当物体辐射红外光线时，物体表面温度会产生微小的波动，使得材料内部的热释电元件发生温度变化，从而引起电荷的分离。
热释电传感器中常用的材料有钛酸锂、氧化锂锭以及掺杂锗的亚胺酯材料等。
在热释电红外传感器的设计中，一般包含了感测元件、前置电路、信号处理模块以及输出电路等组成部分。
感测元件采用特殊材料制成，可将红外辐射转化为微弱电荷信号。
前置电路用于提取和放大感测元件产生的电信号，以提供稳定和可靠的信号源。
信号处理模块可通过滤波、放大、积分等方式对输入信号进行处理，从而实现对目标物体的探测与识别。
输出电路常用于将处理后的信号转换为数字信号或模拟信号，以供其他设备使用。
热释电红外传感器具有很多应用领域。
其中最常见的应用是人体检测。
传感器可通过监测人体散发的红外辐射，实现对人体的检测与识别。
这在安防监控领域得到了广泛的应用。
传感器能够通过对室内环境中的温度变化进行感知，从而实现室内灯光、空调等设备的自动控制。
此外，热释电红外传感器还可应用于汽车行业，用于检测驾驶员和乘客的动作与位置，并通过与车载设备的连接实现自动化控制。
另外，在医疗领域，热释电红外传感器也有广泛的应用。
传感器能够通过检测身体表面的红外辐射，实现对体温的监测与测量。
这在医院、诊所等场所非常重要，可以在短时间内实现对大量人员的体温测量，为疫情防控等提供帮助。
总之，热释电红外传感器是一种基于热释电效应原理的传感器，通过将物体的红外辐射转化为电信号实现对物体的探测与识别。
其应用广泛，包括人体检测、安防监控、自动化控制以及医疗领域等。
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。
简述热释电红外传感器的工作原理
简述热释电红外传感器的工作原理热释电红外传感器是一种常见的红外传感器，广泛应用于人体检测、安防监控、自动化控制等领域。
它的工作原理是基于热释电效应，通过感知被测物体的红外辐射能量来实现检测和识别的功能。
热释电红外传感器的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 热释电材料的特性：热释电材料具有特殊的物理性质，当其受到外界热源的激发时，会产生电荷分布的变化。
这种特性使得热释电材料可以作为红外辐射的敏感元件。
2. 感测元件的结构：热释电红外传感器通常由热敏元件和信号处理电路两部分组成。
其中，热敏元件是关键部分，由热释电材料制成，常见的材料有硅化锂钽酸锂等。
热释电材料的电极上覆盖有吸收红外辐射能量的薄膜，使得热能可以有效地被传递给热释电材料。
3. 红外辐射的感测：当有物体靠近热释电红外传感器时，物体会发出红外辐射能量，这些红外辐射能量会被热释电材料吸收。
被吸收的红外辐射能量会导致热释电材料的温度发生变化，进而引起电荷分布的改变。
4. 电荷信号的转换和处理：热释电红外传感器的信号处理电路将热敏元件上的电荷信号转换为电压信号，然后经过放大、滤波、去噪等处理，最终输出一个与被测物体红外辐射能量强度相关的电信号。
5. 信号识别和应用：经过信号处理的电信号可以被用来识别和判断被测物体的特性，例如人体的存在、移动方向、距离等。
根据具体应用需求，可以通过设置阈值等方式进行信号的判断和处理。
总结一下，热释电红外传感器利用热释电材料的特性，感知被测物体的红外辐射能量，然后通过信号处理电路将其转换为可用的电信号。
这样的工作原理使得热释电红外传感器成为了一种有效、灵敏的红外传感器，广泛应用于各个领域。
在人体检测、安防监控、自动化控制等方面，热释电红外传感器都发挥着重要的作用，为人们的生活和工作带来了便利和安全。
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是一种能够感知红外辐射的传感器，它利用了热释电效应来实现对红外辐射的探测和测量。
在现代科技应用中，热释电红外传感器被广泛应用于安防监控、自动化控制、消费电子产品等领域。
本文将介绍热释电红外传感器的工作原理及其应用。
热释电红外传感器的工作原理是基于热释电效应。
当红外辐射照射到热释电红外传感器的探测元件上时，探测元件会吸收红外辐射能量，导致探测元件温度升高。
温度升高会改变探测元件的表面电荷分布，从而在探测元件的两端产生电荷差，形成电压信号。
这一电压信号随着红外辐射的变化而变化，通过对电压信号的测量和分析，就能实现对红外辐射的探测和测量。
热释电红外传感器通常由光学系统、探测元件、信号处理电路和输出接口等部分组成。
光学系统用于聚焦红外辐射到探测元件上，探测元件负责吸收红外辐射并产生电荷差，信号处理电路则对电压信号进行放大、滤波和处理，最终通过输出接口输出探测结果。
热释电红外传感器的工作原理简单、灵敏度高，响应速度快，因此在各种应用场景中都能发挥重要作用。
在安防监控领域，热释电红外传感器常用于人体检测和移动目标跟踪。
当有人或其他热源进入监控范围时，热释电红外传感器能够及时感知到，并通过输出接口发送信号，触发相应的报警或录像设备。
在自动化控制领域，热释电红外传感器常用于智能家居、智能照明等场景，通过感知人体活动来实现自动开关灯、调节空调等功能。
在消费电子产品中，热释电红外传感器也被广泛应用于智能手机、平板电脑等设备中，用于实现手势识别、距离测量等功能。
总之，热释电红外传感器凭借其灵敏度高、响应速度快等优点，在安防监控、自动化控制、消费电子产品等领域有着广泛的应用前景。
随着科技的不断进步，相信热释电红外传感器将会在更多领域发挥重要作用，为人们的生活带来更多便利和安全保障。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
热释电红外探测器报警与成像原理的分析研究
通过对热释电红外探测器的性能分析，说明热释电红外探测器应用报警原理与成像机理；对热释电红外探测器结构及光（热）电转换原理分析，说明斩波式热释电红外成像的工作过程。
标签：热释电；斩波；DTGS；灵敏度；分辨率
1 热释电红外探测器的性能分析
在某些绝缘物质中，当温度变化时，介质的固有电极化强度将发生变化，使屏蔽电荷失去平衡，多余的屏蔽电荷被释放出来的现象称为热释电效应。
能产生热释电效应的晶体称为热释电体，又称热电元件。
热电元件常用的单晶材料有钽酸锂LiTaO3、氘化的硫酸三甘肽DTGS等。
当温度变化时，晶体结构中的正、负电荷重心产生相对位移，晶体极化值就会发生变化，在晶体表面就会产生电荷。
在热电元件两端并联上电阻，将电流信号转换成电压信号，将该电压信号进行放大、滤波、延迟、比较，即可实现红外报警功能；若将该电压信号处理放大在显示器上变成光信号，可实现成像功能。
热释电红外探测器由传感探测元、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。
其内部的热电元由高热电系数的硫酸三甘钛（TGS）配合滤光镜片窗口组成，其极化强度随温度梯度的变化而变化。
2 热释电红外报警器的结构原理
热释电红外报警器又称被动式红外报警器，主要由光学系统（菲涅尔透镜）、热释电红外探测器、信号滤波和放大、信号处理和报警电路等几部分组成。
菲涅尔透镜可以将入侵目标辐射的红外线聚焦到热释电红外探测元上，同时也产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电探测元要求信号不断变化的特性；热释电红外探测器是报警器设计中的核心器件，它可以把入侵目标的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用。
信号处理主要是把探测器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，最后由驱动电路实现声光报警功能。
在该探测技术中，所谓“被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量，只是靠接收被测物体能量或能量变化来完成探测目的。
被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化，并能使监控报警器产生报警信号，从而完成报警功能。
当入侵目标辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外探测器的探测元上时，电路中的探测器将输出电压信号，然后使该信号先通过一个由R、C 组成的带通滤波器。
由于热释电红外探测器输出的探测信号电压十分微弱（通常仅有1mV左右），而且是一个变化的信号，同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式（脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定，通常为0.1～10Hz 左右），所以必需对热释红外探测器输出的电压信号进行放大。
可运用集成运算
放大器来进行多级放大，以使其获得足够的增益。
当探测器探测到人体辐射的红外线信号并经放大后送给窗口比较器时，若信号幅度超过窗口比较器的上下限值，系统将输出高电平信号；无异常情况时则输出低电平信号。
这就是实现热释电红外报警功能的原理，用热释电红外探测器设计的监控报警系统具有结构简单、成本低等优点。
3 热释电红外成像
3.1 热释电摄像管的结构与工作过程
热释电红外探测器近20年广泛地用于辐射和非接触式温度测量、激光参数测量、工业自动控制、空间技术、红外成像技术中。
热释电红外探测器其温度响应率达到4～5μA/℃，可分辨温差小于0.05℃，信号灵敏度高，图像清晰度和抗强光干扰能力也较高。
所以热释电红外成像技术的应用的前景尤其看好。
图1是热释电管的结构示意图。
热释电摄像管主要由两部分组成：（1）换能元件组成的光学成像面（即光电变换元件）——靶面。
热释电靶的厚度约为30um，它的电极化轴垂直于表面。
（2）电信号扫描读出机构——电子抢。
扫描电子枪由电子束发射源、电子束聚焦偏转系统组成。
热释电靶面即热释电红外探测元，采用热释电材料氘化的硫酸三甘肽。
投射到热释电靶面上的红外辐射（热图像）使靶面上各点的极化的程度与靶面各点温度改变的大小成正比，因而靶面上产生一个与所接收的辐照度分布完全对应的极化电荷分布。
该电荷分布经电子枪的电子束偏转扫描系统一行行、一场场读出电荷信号，这样，热分布像就转换成为电荷分布的电学像，电学像再在显示器显示可见灰度等级图像。
即光（远红外线）-电-光（可见光）的转换过程。
3.2 热释电摄像管的工作电路设计思想
3.2.1 锁相电路与正、负场视频处理电路
热释电摄像管的工作过程分为热图像的写入和视频信号的读出两个过程。
由于热释电靶面上的电荷是静电荷，如果靶温不变，靶面电荷被扫描电子束着靶中和后，就不能再产生新的电荷密度，这样就要求对输入的辐射进行调制，使输入辐射必须是变化量。
一般来说，调制的方式有两种，一种是平移式（摄像时将摄像机相对被摄物体作平移运动或原地转动），一种是斩波式（在摄像管前方安装机械调制器，该调制器周期性地截止、打开输入辐射）。
斩波调制式的热像和视场是稳定的，但由于斩波器的打开和关闭产生的图像信号极性相反，所以需要设计斩波锁相控制电路，同时需设计正、负场视频处理电路。
3.2.2 热释电探测器红外成像的工作过程（原理框图）如图2
图2
3.2.3 熱释电探测器红外成像的技术参数
热释电探测器红外成像的主要性能参数有分辨率、灵敏度、响应光谱、惰性等。
分辨率是电视图像的一个重要指标，热传导会使电视图像的分辨率降低，在斩波模式中，将热扩散的有效的减少到了斩波时间（即斩波周期）。
对于一个斩波频率为30Hz的TGS材料，对应一个1英寸摄像管300线的分辨率。
灵敏度的定义为S=I/AE，I为信号电流，A为靶面扫描面积，E为靶面上的照度。
光谱响应是指响应率与入射光波长的关系，热释电成像的光谱响应由靶面材料、窗口材料、镜头的透射光谱特性来确定。
热释电探测器光敏感层上的照度突然改变时，信号的电流并不能立即跟上这个变化，而是有一定的时间滞后（包括电滞后和热滞后），这种现象称之为惰性。
以上几个方面说明了无论是探测器的设计生产工艺还是电路设计思路都要充分考虑影响上述技术参数的因素。
4 结束语
热成像系统经历了从单元到多元、制冷型到非制冷并举的发展过程，非制冷焦平面探测器的出现，使热成像系统得到很大的发展并迅速推广到各个领域。
热成像系统多采用中波红外3～5μm或长波红外8～14μm作为工作波段，但随着光电对抗技术的发展，为提高系统的抗干扰以及探测和识别能力，多波段探测技术成为热成像技术发展的重要方向。
本论文的研究分析成果不仅具有理论意义，而且对中国目前正在进行的非制冷焦平面探测器技术研究以及日益广泛的应用具有积极的指导意义。
参考文献
[1]金伟其，候光明，刘广荣.非致冷焦平面热成象技术及其应用[J].红外技术，1998（6）.
[2]Jha A R，张孝霖.红外技术应用—光电、光子器件及传感器[Z].2004.
[3]吴新社，范乃华，李龙，等.铁电型非制冷红外焦平面探测器的调制器设计[J].红外技术，2007（6）.
[4]叶玉堂，刘爽.红外与微光技术，2010.。