《新型傳感器》word版

1、.電信0901 衛(wèi)海波 2020010505熱釋電紅外傳感器及其應(yīng)用 熱釋電紅外傳感器是一種被動(dòng)式調(diào)制型溫度敏感器件，利用熱釋電效應(yīng)工作，它是通過(guò)目標(biāo)與背景的溫差來(lái)探測(cè)目標(biāo)的。其響應(yīng)速度雖不如光子型，但由于它可在室溫下使用、光譜響應(yīng)寬、工作頻率寬，靈敏度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，容易使用。這種探測(cè)器，靈敏度高，探測(cè)面廣，是一種可靠性很強(qiáng)的探測(cè)器。因此廣泛應(yīng)用于各類入侵報(bào)警器，自動(dòng)開(kāi)關(guān)、非接觸測(cè)溫、火焰報(bào)警器等，目前生產(chǎn)有單元、雙元、四元、180°等傳感器和帶有PCB控制電路的傳感器。常用的熱釋電探測(cè)器如：硫酸三甘鈦（TGS）探測(cè)器、鈮酸鍶鋇（SBN）探測(cè)器、鉭酸鋰（LiTaO3）探測(cè)器、鋯鈦酸鉛（

2、PZT）探測(cè)器等。 1. 熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu) 常見(jiàn)的熱釋電紅外傳感器的外形如以下圖所示。 熱釋電紅外傳感器傳感器由敏感元、場(chǎng)效應(yīng)管、高阻電阻等組成，并向殼內(nèi)充入氮?dú)夥庋b起來(lái)。1 敏感元 敏感元用紅外熱釋電材料 鋯鈦酸鉛(PZT)制成，經(jīng)極化處理其剩余極化強(qiáng)度隨溫度T升高而下降。制作敏感元件時(shí)，將熱釋電材料制成很小的薄片，再在薄片兩面鍍上電極，構(gòu)成兩個(gè)串聯(lián)的、有極性的小電容。把兩個(gè)極性相反的熱釋電敏感元做在同一晶片上，由于溫度的變化影響整個(gè)晶片產(chǎn)生溫度變化時(shí)，兩個(gè)敏感元產(chǎn)生的熱釋電信號(hào)互相抵消，起到補(bǔ)償作用。 使用熱釋電傳感器時(shí)，通常要在使用菲涅爾透鏡將外來(lái)紅外輻射通過(guò)透鏡會(huì)聚光于一個(gè)傳感元

3、上，它產(chǎn)生的信號(hào)不會(huì)被抵消。 熱釋電傳感器的持點(diǎn)是它只在由于外界的輻射而引起它本身的溫度變化時(shí)，才會(huì)給出一個(gè)相應(yīng)的電信號(hào)，當(dāng)溫度的變化趨于穩(wěn)定后，就再?zèng)]有信號(hào)輸出，即熱釋電信號(hào)與它本身的溫度的變化率成正比。因此，熱釋電傳感器只對(duì)運(yùn)動(dòng)的人體或物體敏感。 場(chǎng)效應(yīng)管及高阻值電阻Rg 敏感元的阻值可達(dá)1013，因此需用場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換才能應(yīng)用。場(chǎng)效應(yīng)管常用2SK303V3，2SK94X3等型號(hào)，用來(lái)構(gòu)成源極跟隨器。高阻值電阻Rg的作用是釋放柵極電荷，使場(chǎng)效應(yīng)管安全正常工作，源極輸出接法時(shí)，源極電壓約0.4一1.0V。如傳感器內(nèi)部接線圖如以下圖所示。 濾光片(FT) PZT制成的敏感元件是一種廣譜材

4、料，能探測(cè)各種 波長(zhǎng)輻射。為了使傳感器對(duì)人體最敏感，而對(duì)太陽(yáng)、電燈光等有抗干擾性，傳感器采用了濾光片作窗口。濾光片是在Si基片上鍍多層膜制成的。每個(gè)物體都能發(fā)出紅外輻射，其輻射峰值波長(zhǎng)滿足維思位移定律。對(duì)于人體體溫(約36)，輻射的最長(zhǎng)波長(zhǎng)為 m=2898309=9.4m，也就是說(shuō)，人體輻射在9.4m處最強(qiáng)，紅外濾光片選取了7.514m波段，能有效地選取人體的紅外輻射。紅外濾光片透射曲線如上圖所示。由圖可見(jiàn)，小于6.5m的光銳減至0，6.515.0m的輻射，其透射率達(dá)60以上，因此，F(xiàn)T可以有效地防止、抑制電燈、太陽(yáng)光的干擾，但對(duì)電燈發(fā)熱引起的紅外輻射光有時(shí)也能產(chǎn)生誤動(dòng)作。熱釋電傳感器常用于防

5、盜報(bào)警、自動(dòng)門、自動(dòng)燈等。 2. 熱釋電紅外傳感器的應(yīng)用 1、人體探測(cè)防盜報(bào)警器 菲涅爾透鏡(FRESNEL LENS) 熱釋電傳感器的前面要加菲涅爾透鏡才能增加探測(cè)距離。菲涅爾透鏡是一種由塑料制成的特殊設(shè)計(jì)的透鏡組，它上面的每個(gè)單元透鏡一般都只有一個(gè)不大的視場(chǎng)，而相鄰的兩個(gè)單元透鏡的視場(chǎng)既不連續(xù)，也不重疊，都相隔一個(gè)盲區(qū)。它的外型如以下圖所示。CE-024型菲涅爾透鏡的視場(chǎng)的側(cè)視圖和俯視圖如以下圖所示。當(dāng)人體在這一監(jiān)視范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，順次地進(jìn)入某一單元透鏡的視場(chǎng)，又走出這一視場(chǎng)，熱釋電傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)的人體一會(huì)兒看到，一會(huì)兒看不到，再過(guò)一會(huì)又看到，之后又看不到，于是人體的紅外輻射不斷地改變熱釋電的

6、溫度，使它輸出一個(gè)又一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)。從圖示的視場(chǎng)圖可以看出，菲涅爾透鏡是有防盜盲區(qū)的，安裝在2m高處的菲涅爾透鏡存在著小于1m的盲區(qū)，在圖示的黑影之下。 不加菲涅爾透鏡，探測(cè)距離僅為2m左右，加上菲涅爾透鏡后，其探測(cè)距離可達(dá)10米，若采用雙重反射型菲涅爾透鏡，其探測(cè)距離可達(dá)20m以上。 探測(cè)電路人體進(jìn)入探測(cè)范圍內(nèi)，傳感器的輸出信號(hào)頻率大約為0.110Hz，這頻率范圍是由菲涅爾送人體運(yùn)動(dòng)速度和熱釋電傳感器本身的特性決定的。其探測(cè)電路由檢測(cè)、放大、比較電路、延時(shí)電路與驅(qū)動(dòng)電路組成。 檢測(cè)放大電路：檢測(cè)放大電路由熱釋電傳感器SD02及濾波放大器A1、A2等組成，具有4000多倍的放大能力。 比較器電路：A3組成電壓比較器，無(wú)報(bào)警信號(hào)時(shí)輸出低電平；當(dāng)有人入侵時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)LED亮，當(dāng)人體運(yùn)動(dòng)時(shí)則輸出一串脈沖。 延時(shí)驅(qū)動(dòng)電路： 555，555和VT2組成延時(shí)、驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)A3輸出一個(gè)正脈沖脈沖，C1