熱釋電紅外傳感器的原理

　　隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，人們對(duì)自己所處環(huán)境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面，不得不時(shí)刻留意那些不速之客現(xiàn)在很多小區(qū)都安裝了智能報(bào)警系統(tǒng)，因而大大提高了小區(qū)的安全程度，有效保證了居民的人身財(cái)產(chǎn)安全由于紅外線是不可見光，有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因此在防盜警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用此外，在電子防盜人體探測等領(lǐng)域中，被動(dòng)式熱釋電紅外探測器也以其價(jià)格低廉技術(shù)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。

　　目前國內(nèi)使用的各類防盜保安報(bào)警器基本都是以超聲波主動(dòng)式紅外發(fā)射/接收以及微波等技術(shù)為基礎(chǔ)而這里所設(shè)計(jì)的被動(dòng)式紅外報(bào)警器則采用了美國的傳感元件——熱釋電紅外傳感器這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，同時(shí)，它還能鑒別出運(yùn)動(dòng)的生物與其它非生物熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警裝置，也可以用于自動(dòng)控制接近開關(guān)遙測等領(lǐng)域用它制作的防盜報(bào)警器與目前市場上銷售的許多防盜報(bào)警器材相比，具有如下特點(diǎn)：

　　不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源？

　　靈敏度高控制范圍大

　　隱蔽性好，可流動(dòng)安裝

　　熱釋電紅外傳感器原理

　　1.熱釋電紅外傳感器的原理特性

　　熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱電偶，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾該傳感器在工藝上將兩個(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動(dòng)平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號(hào)，并不能直接使用因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式該電阻阻抗高達(dá)104MΩ，故引入的N溝道結(jié)型場效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式即源極跟隨器來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對(duì)其進(jìn)行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測元也是有正、負(fù)極性的。

　　2.被動(dòng)式熱釋電紅外傳感器的工作原理與特性

　　人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長10UM左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10UM左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10UM左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

　　1）這種探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的。所以熱釋電元件對(duì)波長為10UM左右的紅外輻射必須非常敏感。

　　2）為了僅僅對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。

　　3）被動(dòng)紅外探頭，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號(hào)輸出。

　　4）一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理而報(bào)警。

　　5）菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距（感應(yīng)距離），從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴(yán)密。

　　被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點(diǎn)：

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價(jià)格低廉。

　　缺點(diǎn)：

　　1、容易受各種熱源、光源干擾

　　2、被動(dòng)紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。

　　3、易受射頻輻射的干擾。

　　4、環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈。

　　抗干擾性能：

　　1、防小動(dòng)物干擾

　　探測器安裝在推薦地使用高度，對(duì)探測范圍內(nèi)地面上地小動(dòng)物，一般不產(chǎn)生報(bào)警。

　　2、抗電磁干擾

　　探測器的抗電磁波干擾性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手機(jī)電磁干擾不會(huì)引起誤報(bào)。

　　3、抗燈光干擾

　　探測器在正常靈敏度的范圍內(nèi)，受3米外H4鹵素?zé)敉高^玻璃照射，不產(chǎn)生報(bào)警。

　　紅外線熱釋電傳感器的安裝要求：

　　紅外線熱釋電人體傳感器只能安裝在室內(nèi)，其誤報(bào)率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系。正確的安裝應(yīng)滿足下列條件：

　　1、紅外線熱釋電傳感器應(yīng)離地面2.0-2.2米。

　　2、紅外線熱釋電傳感器遠(yuǎn)離空調(diào)， 冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。

　　3、紅外線熱釋電傳感器探測范圍內(nèi)不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。

　　4、紅外線熱釋電傳感器不要直對(duì)窗口，否則窗外的熱氣流擾動(dòng)和人員走動(dòng)會(huì)引起誤報(bào)，有條件的最好把窗簾拉上。紅外線熱釋電傳感器也不要安裝在有強(qiáng)氣流活動(dòng)的地方。

　　紅外線熱釋電傳感器對(duì)人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對(duì)于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感， 而對(duì)于橫切方向 （即與半徑垂直的方向）移動(dòng)則最為敏感。 在現(xiàn)場選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報(bào)、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環(huán)。

　　3.熱釋電效應(yīng)

　　當(dāng)一些晶體受熱時(shí)，在晶體兩端將會(huì)產(chǎn)生數(shù)量相等而符號(hào)相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋電效應(yīng)。通常，晶體自發(fā)極化所產(chǎn)生的束縛電荷被來自空氣中附著在晶體表面的自由電子所中和，其自發(fā)極化電矩不能表現(xiàn)出來。當(dāng)溫度變化時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)中的正負(fù)電荷重心相對(duì)移位，自發(fā)極化發(fā)生變化，晶體表面就會(huì)產(chǎn)生電荷耗盡，電荷耗盡的狀況正比于極化程度。

　　能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的晶體稱之為熱釋電體或熱釋電元件，其常用的材料有單（LiTaO3 等）、壓電陶瓷（PZT等）及高分子薄膜（PVFZ等）。

　　根據(jù)菲涅耳原理制成，把紅外光線分成可見區(qū)和盲區(qū)，同時(shí)又有聚焦的作用，使熱釋電人體紅外傳感器 （PIR） 靈敏度大大增加。菲涅耳透鏡折射式和反射式兩種形式，其作用一是聚焦作用，將熱釋的紅外信號(hào)折射（反射）在PIR上；二是將檢測區(qū)內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入檢測區(qū)的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號(hào)，這樣PIR就能產(chǎn)生變化電信號(hào)。

　　如果我們在熱電元件接上適當(dāng)?shù)碾娮?，?dāng)元件受熱時(shí)，電阻上就有電流流過，在兩端得到電壓信號(hào)。