热释电红外传感器简介(相关知识)
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。
10.4 热释电红外传感器
10.4 热释电红外传感器 热释电红外探测模块
自动门控制电路
本章小结
热电偶和热电阻区别
产生信号的性质不同； 检测的温度范围不同：
热电阻一般检测0-150度温度范围，热电偶可检测0-1000度的温 度范围（甚至更高）。前者是低温检测，后者是高温检测。
热电偶有正负极，补偿导线也有正负之分； 热电阻和热电偶一样的区分类型，但是热电阻不需要补偿导线，
HN911模块典型应用
10.4 热释电红外传感器 热释电红外探测模块
无被测物体时, HN911的1端输出低电平,V2截 止,报警指示灯H不亮,2端输出高电平使继电 器K工作；
当检测到人体移动信号时, V2导通,指示灯H 亮,同时V1截止,继电器K停止工作。可利用继 电器触点的通断进行需要的控制。
辐射容易被遮挡 环境温度和人体温度接近时，灵敏度明显下降，
甚至短时失效。
10.4 热释电红外传感器
传感器主要由外壳、滤光片、热电元件、结场效应管FET、电 阻、二极管等组成。
10.4 热释电红外传感器
10.4 热释电红外传感器
10.4 热释电红外传感器
号处理电路处理后输出控制信号。此时,输出端1变为 高电平,输出端2变为低电平。 在模块的外部,可接增益调节电位器,以调节放大器的 增益。
10.4 热释电红外传感器 热释电红外探测模块
HN911模块的主要技术指标：
电源电压：5±10%V 传感器水平视角：>100度 传感器垂直视角：>80度 输出延时：>2s 监控距离：加上菲涅耳透镜达15m左右。 菲涅耳透镜：一种精密的光学系统，专门用来和热释电
10.4 热释电红外传感器
热释电红外传感器指利用热电元件的热释电效应探 测人体用的红外传感器。
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常见的红外传感器，其工作原理基于物质的热节电效应。
热释电红外传感器通常由薄膜材料制成的感测元件、接收与放大电路以及信号处理电路组成。
在工作过程中，热释电红外传感器通过感测元件检测目标物体发出的红外辐射，然后将其转化为电信号并传输给接收与放大电路进行处理。
感测元件通常采用的是热电效应材料，该材料具有独特的热电特性，即在温度变化时会产生电压变化。
热释电红外传感器的感测元件通常是由多个微型热电堆组成的热敏电阻网络。
每个热敏电阻都是由内部微加热结构和感测结构组成。
当目标物体进入热释电红外传感器的感测区域时，感测元件会受到目标物体发出的红外辐射的影响，使得感测元件中的热敏电阻发生温度变化。
这种温度变化会导致感测元件中的热敏电阻产生电压变化，进而输出电信号。
接收与放大电路通过将这个微弱的电信号放大，并进行滤波和增益控制，使得信号能够被信号处理电路准确地分析和处理。
信号处理电路会对接收到的电信号进行进一步的分析和处理，提取出有效的红外目标信号，并根据目标物体的距离、温度以及运动状况等信息进行判断和处理。
总的来说，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. 接受红外辐射：热释电红外传感器感测元件接收到目标物体发出的红外辐射。
2. 温度变化产生电压：目标物体的红外辐射导致感测元件中的热敏电阻发生温度变化，进而产生相应的电压信号。
3. 电信号放大：接收与放大电路对感测元件输出的微弱电压信号进行放大，以便信号能够被信号处理电路进一步处理和分析。
4. 信号分析与处理：信号处理电路对放大后的信号进行进一步的分析和处理，提取出有效的红外目标信号，并根据目标物体的距离、温度以及运动状况等信息进行判断和处理。
总的来说，热释电红外传感器利用物质的热节电效应，通过感测元件对红外辐射的感测和转化，实现对目标物体的探测和判断，并在安防、自动化控制等领域中得到广泛应用。
第4讲 热释电人体红外传感器
第3讲 4)菲涅尔透镜 菲涅尔透镜 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， 作用。不加菲涅尔透镜时，该传感器的探测半径可能不足 ，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 上菲涅尔透镜则可达 ，甚至更远。 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， 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， 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，如图11． 所示。 际是一个透镜组，如图 ．21(a)所示。当光线通过透镜单元后，在 所示 当光线通过透镜单元后， 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 其反面则形成明暗相间的可见区和盲区。 小的视场角，视场角内为可见区，之外为盲区。 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。 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， 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， 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 再过一会儿又看到，然后又看不到， 变热释电体的温度，使它输出一个又一个相应的信号。 变热释电体的温度，使它输出一个又一个相应的信号。输出信号的 频率大约为0.1~10Hz，这一频率范围由菲涅尔透镜、人体运动速度 频率大约为 ，这一频率范围由菲涅尔透镜、 和热释电人体红外传感器本身的特性决定。 和热释电人体红外传感器本身的特性决定。
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。
热释电红外传感器
产品名称：热释电红外传感器产品价格：在线订购：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，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，它可以作为红外激光的一种较理想的探测器。
它目标正在被广泛的应用到各种自动化控制装置中。
除了在我们熟知的楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域应用前景看好。
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机构。
开启监视器或自动门铃上的应用。
结合摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等等……。
您可以根据自己的奇思妙想，结合其它电路开发出更加优秀的新产品。
或自动化控制装置。
热释电传感器基本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。
为了缩短产品研发周期，快速应用热释电传感技术。
电子制作实验室网站批量供应以下几种热释电传感器成品组件。
红外模块使用注意事项：1、人体感应器模块属于高度敏感的器件，它对电源要求很高，必须经过良好的稳压滤波，例如9V的层叠电池就可能因为内阻较大不能正常工作，建议客户用LM7808稳压芯片稳压后再通过220UF和0.1UF的电容滤波后供电。
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。
热释电红外传感器原理教程通用课件
包括探测器的结构、材料的热电性能、制造工艺等。
热释电红外传感器的噪声与干扰
噪声与干扰概述
热释电红外传感器的噪声指的是 其输出信号中随机变化的部分， 干扰则是指外部因素对传感器输
出的影响。
噪声的来源
热释电红外传感器的噪声主要来源 于探测器材料的热涨落、电路噪声 、环境辐射等。
干扰的来源
热释电红外传感器的干扰主要来源 于电磁干扰、电源噪声、机械振动 等。
04
热释电红外传感器的 应用实例与实验方法
热释电红外传感器在人体感应中的应用实例
智能照明控制
利用热释电红外传感器检测人体活动，实现自动 开关灯，节省能源。
智能家居系统
通过热释电红外传感器监测家庭成员活动，实现 自动化家务管理。
医疗护理
在病房、卫生间等场所安装热释电红外传感器， 实现自动呼叫系统，方便病人使用。
刘洋, 王丽, 李明等. 基于热释电效应的红外传感器研究进展. 物理 学报, 2022; 61(3): 1-10.
致谢
01
对参与本教程编写的所有作者表示衷心的感谢。他们在百 忙之中对教程进行了仔细的编写和校对，为读者提供了宝 贵的知识和经验。
02
感谢北京电子工业出版社的编辑们，他们在整个教程的编 写过程中给予了极大的支持和帮助，提供了宝贵的意见和 建议。
早期火灾预警
利用热释电红外传感器检测火灾初期的 热辐射，及时发出预警信号，降低火灾 发生的风险。
VS
工业生产安全
在工厂、仓库等场所安装热释电红外传感 器，提高火灾预警能力传感器的 调试与校准方法
热释电红外传感器的调试步骤
硬件连接
确认传感器与主机之间的连接是否牢固，避 免接触不良导致信号传输受阻。
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热释电红外传感器简介
被动式红外探测器不需要附加红外辐射光源，本身不向外界发射任何能量，而是由探测器直接探测来自移动目标的红外辐射，因此才有被动式之称。
被动式红外探测器是利用热释电效应进行探测的。
被动式红外探测器又称为热释电红外探测器，其主要工作原理便是热释电效应。
热释电效应是指如果使某些强介电质材料(如钦酸钡、钦错酸铅P(zT)等)的表面温度发生变化，则随着温度的上升或下降，材料表面发生极化，即表面上就会产生电荷的变化，从而使物质表面电荷失去平衡，最终电荷变化将以电压或电流形式输出。
热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度，距离，方向有关的低频电信号。
当热释电红外传感器受到红外辐射源的照射时，其内部敏感材料的温度将升高，极化强度减弱，表面电荷减少，通常将释放掉的这部分电荷称为热释电电荷。
由于热释电电荷的多少可以反映出材料温度的变化，所以由热释电电荷经电路转变成的输出电压也同样可以反映出材料温度的变化，从而探测出红外辐射能量的变化。
红外探测器的光学系统可以将来自多个方向的红外辐射能量聚焦在探测器上，这样红外探测器就可以探测到某一个立体探测空间内热辐射的变化。
当防范区域内没有移动的人体时，由于所有的背景物体(如墙壁、家具等)在室温下红外辐射的能量比较小，而且基本上是稳定的，所以不能触发报警器。
当有人体突然进入探测区域时，会造成红外辐射
能量的突然变化，红外探测器将接收到的活动人体与背景物体之间的红外热辐射能量的变化转化为相应的电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快慢，经过后级比较器与状态控制器产生相应的输出信号U，送往报警器，发出报警信号。
红外探测器的探测波长为8~14um，人体的红外辐射波长正好处于这个范围之内，因此能较好的探测到活动的人体。
被动式红外探测器属于空间控制型探测器，其警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成锥体感热区域，构成立体警戒。
由于被动式红外技术具有监测距离较远，灵敏度较高，节能价廉等优点，本课题采用红外探测器作为报警探测器，并在设计中增加了自动声光报警的功能，使报警系统更加趋于完善。
2 热释电红外传感器电路图
热释电红外线(PIR)传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。
是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。
它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。
将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。
图2-3为热释电红外传感器的内部电路框图。
图1热释电红外传感器的内部电路框图
3 被动式热释电红外探头的工作原理及特性
人体的体温一般在37℃，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。
人体发射的红外线通过菲尼尔滤光增强后聚焦到红外感应源上。
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，经后续电路检测处理后就能产生报警信号民。
该探头具有如下特点：
(1)由于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，在它的辐射面通常覆盖有特殊的菲尼尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。
(3)被动红外探头的传感器包含两个互相串联的热释电元，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，使其产生的释电效应相互抵消，因此探测器无信号输出。
(4)一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理后即可报警。
(5)根据性能要求不同，菲尼尔滤光片具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。