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技术科普 | 红外热释电传感器详解

2021-09-10

热释电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,就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20世纪60年代才又兴起了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。

 

存在于自然界的物体,如人体、火焰、冰块等物都会发射红外线,但波长各不相同。人体温度为36-37℃,所发射的红外线波长为9-10um,属远红外区;400-700℃的发热体,所放射出的红外线波长为3-5um,属中红外区。热释电红外传感器不受白天黑夜的影响,可昼夜不停地用于监测,广泛地用于防盗报警、感应灯等领域。

 

热释电传感器的原理

 

热释电红外传感器一般由管帽、管座、红外滤光片、敏感元、场效应管或者数字芯片等主要部分组成。

 

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利用热释电材料的自发极化强度随着外界温度的变化而产生电荷移动的特性,以非接触方式检测出人体辐射的红外能量的变化,将其转化成电信号,以电压或电流形式输出,并通过功率放大器将信号放大,达到控制电路的目的。

 

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红外滤光片窗口材料的可接收通过波长:

 

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5.5um长波通滤光片光谱图

 

上图所示为典型的5.5um长波通红外滤光片参考图,曲线是红外线通过率的平均值。 该窗口材料是经过特殊真空镀膜处理过的半导体硅片。

 

热释电传感器的分类

 

根据信号处理电路的不同,可以将热释电红外传感器分为模拟型和数字型两类。

 

模拟型热释电红外传感器的信号处理电路是场效应管,而数字型热释电红外传感器的信号处理电路是数字芯片。

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模拟热释电传感器

RD623/RD624
特点:

高灵敏度和优越的信噪比
对温度变化的高稳定性;
抗干扰能力强 (例如振动,射频干扰等);
优越的性价比;
抗白光能力强。

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数字热释电传感器

RDB223/RDB224
特点:

高精度AD信号处理;
差分信号输入方式,抗干扰能力强;

具有灵敏度调节、延迟时间调节、光敏使能控制功能;
宽电压域供电1.5~4.5V、低功耗;
数字TTL信号输出。

 

热释电传感器的特性

 

 

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热释电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2米,配上菲涅尔透镜则可达10米,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。

 

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菲涅尔透镜原理如下图所示:

 

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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。通过人体在明暗区的红外线辐射不断变化改变热释电敏感元的温度,使它输出一个又一个相应的微弱的电信号。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、人体运动速度和热释电人体红外传感器本身的特性决定。

 

热释电传感器的应用

 

热释电红外传感器目前主要应用在家居安防、智能办公、智能灯具、感应开关、智能家居、智能门铃、入侵检测、感应玩具、智能家电、自动化控制等领域。





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