《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，它是通過目標(biāo)與背景的溫差來探測目標(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，靈敏度與波長無關(guān)，容易使用。這種探測器，靈敏度高，探測面廣，是一種可靠性很強的探測器。因此廣泛應(yīng)用于各類入侵報警器，自動開關(guān)、非接觸測溫、火焰報警器等，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。常用的熱釋電探測器如：硫酸三甘鈦（TGS）探測器、鈮酸鍶鋇（SBN）探測器、鉭酸鋰（LiTaO3）探測器、鋯鈦酸鉛（

2、PZT）探測器等。 1. 熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu) 常見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、場效應(yīng)管、高阻電阻等組成，并向殼內(nèi)充入氮氣封裝起來。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度隨溫度T升高而下降。制作敏感元件時，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)成兩個串聯(lián)的、有極性的小電容。把兩個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晶片產(chǎn)生溫度變化時，兩個敏感元產(chǎn)生的熱釋電信號互相抵消，起到補償作用。 使用熱釋電傳感器時，通常要在使用菲涅爾透鏡將外來紅外輻射通過透鏡會聚光于一個傳感元

3、上，它產(chǎn)生的信號不會被抵消。 熱釋電傳感器的持點是它只在由于外界的輻射而引起它本身的溫度變化時，才會給出一個相應(yīng)的電信號，當(dāng)溫度的變化趨于穩(wěn)定后，就再沒有信號輸出，即熱釋電信號與它本身的溫度的變化率成正比。因此，熱釋電傳感器只對運動的人體或物體敏感。 場效應(yīng)管及高阻值電阻Rg 敏感元的阻值可達(dá)1013，因此需用場效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換才能應(yīng)用。場效應(yīng)管常用2SK303V3，2SK94X3等型號，用來構(gòu)成源極跟隨器。高阻值電阻Rg的作用是釋放柵極電荷，使場效應(yīng)管安全正常工作，源極輸出接法時，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，能探測各種 波長輻射。為了使傳感器對人體最敏感，而對太陽、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。每個物體都能發(fā)出紅外輻射，其輻射峰值波長滿足維思位移定律。對于人體體溫(約36)，輻射的最長波長為 m=2898309=9.4m，也就是說，人體輻射在9.4m處最強，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，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、太陽光的干擾，但對電燈發(fā)熱引起的紅外輻射光有時也能產(chǎn)生誤動作。熱釋電傳感器常用于防

5、盜報警、自動門、自動燈等。 2. 熱釋電紅外傳感器的應(yīng)用 1、人體探測防盜報警器 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距離。菲涅爾透鏡是一種由塑料制成的特殊設(shè)計的透鏡組，它上面的每個單元透鏡一般都只有一個不大的視場，而相鄰的兩個單元透鏡的視場既不連續(xù)，也不重疊，都相隔一個盲區(qū)。它的外型如以下圖所示。CE-024型菲涅爾透鏡的視場的側(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)運動時，順次地進(jìn)入某一單元透鏡的視場，又走出這一視場，熱釋電傳感器對運動的人體一會兒看到，一會兒看不到，再過一會又看到，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，使它輸出一個又一個相應(yīng)的信號。從圖示的視場圖可以看出，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，探測距離僅為2m左右，加上菲涅爾透鏡后，其探測距離可達(dá)10米，若采用雙重反射型菲涅爾透鏡，其探測距離可達(dá)20m以上。 探測電路人體進(jìn)入探測范圍內(nèi)，傳感器的輸出信號頻率大約為0.110Hz，這頻率范圍是由菲涅爾送人體運動速度和熱釋電傳感器本身的特性決定的。其探測電路由檢測、放大、比較電路、延時電路與驅(qū)動電路組成。 檢測放大電路：檢測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，無報警信號時輸出低電平；當(dāng)有人入侵時，比較器翻轉(zhuǎn)LED亮，當(dāng)人體運動時則輸出一串脈沖。 延時驅(qū)動電路： 555，555和VT2組成延時、驅(qū)動電路。當(dāng)A3輸出一個正脈沖脈沖，C1