下载文档原格式
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。
文章编号:1009-3907(2004)06-0022-03热释电红外传感器的类别特性及应用闫 军,庄乾章(长春大学电子信息工程学院,吉林长春 130022)摘 要:热释电红外传感器具有许多光电型传感器无法比拟的优点,因此获得极为广泛的应用。
不但用于国防军事,而且在工业和民用电子电器产品中都得到广泛应用。
本文介绍这类传感器类别、特性以及应用。
关键词:热释电传感器;类别;特性;应用中图分类号:T P212114 文献标识码:B收稿日期:2004208223作者简介:闫 军(1946- ),男,吉林省大安市人,长春大学电子信息工程学院教授,中国电工技术学会高级会员,主要从事电专业基础教学和应用电子技术方面的教学与研究。
0 引 言热释电器件是利用某些材料的热释电效应制成的红外检测元件。
早在1938年就曾有人提出过利用热释电效应探测红外辐射的想法,但长期没有得到重视。
直到20世纪60年代才开始认真研究这个问题。
尤其是近20年来,无论从材料还是器件的研究方面都得到迅速发展。
特别是陶瓷热释电材料,不但有良好的热释电特性,而且可以大批量生产,成本低。
同时,随着技术的不断改进,使热释电红外传感器的结构日臻完善,体积越来越小。
而且灵敏度和可靠性都得到提高,应用更方便。
从而使当今热释电红外传感器的应用不断扩大,不但用于国防军事,而且在工业和民用电子电器产品中都得到广泛应用。
由于应用的广泛,国外厂商一直在克服器件的缺点上进行卓有成效的努力。
过去,欧美曾是热释电红外传感器的主要生产者和主要应用市场,近些年日本奋起直追,迎头赶上。
现在,日本多家公司正努力研究和开发多种热释电红外传感器。
例如,陶瓷公司、Hokuriku 电气工业公司等。
一些产品已占领国外市场[1]。
红外传感器主要分两大类,一类是光电型,一类是热敏型[2]。
前者利用光电效应工作,响应速度快,检测特性好。
但需要冷却,使用不方便。
而且器件的检测灵敏度与红外波长有关。
实验八 热释电红外传感器实验一 实验目的：了解热释电红外传感器基本原理和在实际中的应用二 基本原理：当已极化的热电晶体薄片受到辐射热时候，薄片温度升高，极化强度s p 下降，表面电荷减少，相当于”释放”一部分电荷，故名热释电。
释放的电荷通过一系列的放大，转化成输出电压。
如果继续照射，晶体薄片的温度升高到Tc(居里温度)值时，自发极化突然消失。
不再释放电荷，输出信号为零,见图8-1。
因此，热释电探测器只能探测交流的斩波式的辐射（红外光辐射要有变化量）。
当面积为A 的热释电晶体受到调制加热，而使其温度T 发生微小变化时，就有热释电电流。
dt dT APi ，A 为面积，P 为热电体材料热释电系数，dtdT 是温度的变化率。
8-1热释电效应图8-2 热释电实验接线图图8-3 成品实验接线图三需用器件与单元：光电器件实验（二）模板、主机箱、红外热释电探头、红外热释电探测器。
四实验内容：光电器件实验（二）模板分两部分，分为器件原理实验图（左），传感器实验图（右）1 原理实验（1）按图8-2接线：将红外热释电探头的三个插孔相应地连到实验模板热释电红外探头的输入端口上（红色插孔接D；蓝色接S；黑色接E），再将实验模板上的V CC+5V和“⊥”相应的连接到主控箱的电源上，再将实验模板的右边部分的探测器信号输入短接。
（2）打开主机箱电源，手在红外热释电探头端面晃动时，探头有微弱的电压变化信号输出，经两级电压放大后，可以检测出较大的电压变化，再经电压比较器构成的开关电路，使指示灯点亮。
观察这个现象过程。
现象：指示灯正常亮起2 传感器实验（1）红外热释电探测器有四个接线，按图8-3接线：将探头的1、3号线相应的连接到实验模板的+12V与“⊥”上，再将红外热释电探测器2、4号线分别接到实验模板的探测器信号输入端口上，再将实验模板的+12V和“⊥”接到主机箱+12V电源和“⊥”上。
（2）打开主机箱电源，需延时几分钟模板才能正常工作。
人体红外热释电传感器应用场景
人体红外热释电传感器可以广泛应用于以下场景：
1. 安防监控：在门口、走廊、办公室等地方安装红外热释电传感器，可以实现自动感知人体存在，并启动监控设备录像、报警等安防措施。
2. 照明控制：可以通过设置红外热释电传感器，实现对电灯、夜灯等照明设备的自动开关，使得在没有人员出现的情况下自动关闭灯光，从而实现能源节约。
3. 健身房、影院等场所的观众检测：在一些公共场所，安装红外热释电传感器，可以实现观众数量的自动检测，从而更好地管理场所的人流量。
4. 智慧家居：将红外热释电传感器安装在家中，可以实现人体进出自动感知，进而实现智能门锁、智能家电等的控制。
5. 医疗健康：红外热释电传感器可以检测人体体温，应用于医疗监控、疾病预防等领域。
人体热释电红外线传感器的原理和应用热释电人体红外线传感器是上世纪80年代末期出现的一种新型传感器件。
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。
本文就热释电人体红外线传感器的基本原理及应用作以大致介绍：一、热释电人体红外线传感器的基本结构和原理热释电红外(PIR)传感器，亦称为热红外传感器，是一种能检测人体发射的红外线的新型高灵敏度红外探测元件。
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。
将输出的电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警等。
目前市场上常见的热释电人体红外线传感器主要有上海赛拉公司的SD02、PH5324，德国Perkinelmer 公司的LHi954、LHi958，美国Hamastsu公司的P2288，日本NipponCeramic公司的SCA02-1、RS02D等。
虽然它们的型号不一样，但其结构、外型和特性参数大致相同，大图1 热释电传感器实物图部分可以彼此互换使用。
热释电红外线传感器由探测元、滤光窗和场效应管阻抗变换器等三大部分组成，如图1所示。
对不同的传感器来说，探测元的制造材料有所不同。
如SD02的敏感单元由锆钛酸铅制成；P2288由LiTaO3 制成。
将这些材料做成很薄的薄片，每一片薄片相对的两面各引出一根电极，在电极两端则形成一个等效的小电容。
因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的，因此形成的等效小电容能自身产生极化，在电容的两端产生极性相反的正、负电荷。
传感器中两个电容是极性相反串联的。
当传感器没有检测到人体辐射出的红外线信号时，在电容两端产生极性相反、电量相等的正、负电荷，所以，正负电荷相互抵消，回路中无电流，传感器无输出。
当人体静止在传感器的检测区域内时，照射到两个电容上的红外线光能能量相等，且达到平衡，极性相反、能图2 双探测元热释电红外传感器量相等的光电流在回路中相互抵消，传感器仍然没有信号输出。
热释电红外传感器原理及其应用随着科技的不断发展，红外技术逐渐成为了现代社会中不可或缺的一部分。
作为红外技术的重要组成部分之一，热释电红外传感器因其灵敏度高、响应速度快等特点被广泛应用于安防、智能家居、医疗等领域。
本文将介绍热释电红外传感器的原理、工作方式以及应用。
一、热释电红外传感器原理热释电红外传感器是利用材料的热释电效应来检测周围物体的红外辐射。
热释电效应是指当某种材料受到辐射时，内部温度发生变化，进而导致该材料表面产生电荷，从而形成电势差。
这种电势差被称为热释电电势。
热释电红外传感器利用这种原理来检测周围物体的红外辐射，从而实现对物体的探测。
二、热释电红外传感器工作方式热释电红外传感器主要由热释电元件、前置放大器、滤波器、放大器等组成。
当传感器受到周围物体的红外辐射时，热释电元件内部的温度会发生变化，从而导致元件表面产生电势差。
这个电势差被传送到前置放大器中，经过滤波器和放大器的处理后，最终被转化为数字信号输出。
热释电红外传感器的灵敏度和响应速度主要取决于热释电元件的材料和结构。
常用的热释电元件材料有锂钽酸盐、钛酸钡、铁酸锂等。
不同的材料具有不同的响应频率和灵敏度，可以根据具体的应用场景进行选择。
三、热释电红外传感器应用热释电红外传感器由于其灵敏度高、响应速度快等特点，在安防、智能家居、医疗等领域得到了广泛的应用。
1.安防领域热释电红外传感器可以用于室内和室外监控系统中，可以检测到人体的红外辐射，从而实现对人体的探测和跟踪。
在夜间或低照度条件下，热释电红外传感器具有更好的效果，可以有效地防止盗窃和入侵。
2.智能家居领域热释电红外传感器可以用于智能家居系统中，可以检测到人体的活动和位置，从而实现对家居设备的自动控制。
例如，当人离开房间时，系统可以自动关闭灯光和电器设备，从而实现节能和智能化管理。
3.医疗领域热释电红外传感器可以用于医疗领域中，可以检测到人体的体温变化，从而实现对病人的监测和诊断。
热释电红外传感器说明热释电红外传感器，这名字听起来是不是挺高大上的？它就是一种能“感知”温度变化的小玩意儿。
它就像是那种“灵敏的探子”，只要有热量经过，它立马就能感应到，真的是太厉害了！想想，如果你家里有个热释电传感器，它就能帮你发现那些“潜伏者”，比如偷偷溜进你家的小猫咪，或者是你正在忙着做饭却忘了关的电炉。
它的原理其实很简单，热释电材料在受到温度变化时，会产生电信号，传递给其他设备。
简单说，它就是一个温度的“侦探”，随时待命，等着捕捉热量的“踪迹”。
这玩意儿广泛应用于各个领域，尤其是安全监控。
想象一下，家里装了这样一个传感器，当有人靠近的时候，它会发出警报，简直就像是家里的“守护神”。
它还能搭配摄像头，瞬间变身为“全能侦探”，让你再也不怕漏掉任何可疑的动静。
你要是晚上睡觉，突然听到一声“嘀嘀”，别紧张，可能是热释电传感器在向你报告：有人来了！这东西也很省电，长时间工作也不用担心它会“罢工”，真是个节能的小能手。
再说说它的应用场景吧，真的是五花八门。
从家居到商业，再到智能交通，几乎无处不在。
在商场里，很多时候你都不知道，其实你身边就有它的身影。
比如说，当你走进一家店里，门口的传感器就会感应到你，自动开门，像个热情的迎宾员。
这种科技感，真让人忍不住想多逛逛。
还有那种智能家居系统，靠着热释电传感器，你的灯可以实现自动开关，晚上起床的时候再也不用摸黑了，想想就觉得方便！热释电红外传感器的优点可真不少。
它的响应速度极快，瞬间就能捕捉到热量变化，简直不费吹灰之力。
它的安装也超级简单，没啥技术含量，几乎人人都能搞定。
只要把它装在一个合适的位置，就能开始“工作”了！这让不少人都爱上了这个小家伙，像是给家里增添了一个“聪明的小助手”。
也有人觉得它可能会误报，比如当空调突然开起来时，它也许会“以为”有个人在活动，结果发出警报，哈哈，这时候就得自认倒霉了。
不过，热释电红外传感器也有一些小缺点。
比如，价格有点小贵，尤其是高精度的产品。
热释电红外传感器放大电路的设计及其应用
随着电子技术和信息技术的高速发展，红外传感器在控制系统中被越来越多地使用，
其中最常见的就是热释电红外传感器。
热释电红外传感器是利用半导体材料的热释电特性
来进行信号传输的，是一种用来检测热辐射的传感器。
热释电红外传感器是半导体释电热效应的利用，根据释电热效应的原理，当半导体红
外热接受器在空气中接收到外界环境的热辐射时，半导体红外热接受器表面温度上升，使
热接受器内部生成电压，把热量转化为电压信号输出，实现传感作用。
热释电红外传感器放大电路（Preamplifier）是处理由热释电传感器产生的输出信号，把信号放大后输出，为热释电传感器的检测提供可靠依据。
热释电红外传感器放大电路的
基本结构包括前置放大器、后置放大器和增益控制电路三部分。
前置放大器的功能是放大
传感器的输出信号；后置放大器的功能是放大前置放大器的输出信号；而增益控制电路则
控制放大器的输出增益。
热释电红外传感器放大电路在实际应用中有着广泛的应用，如安防领域中的热释电红
外传感器能够探测现场的动态变化，实现安全报警功能；自动控制应用中的热释电红外传
感器能够检测温度变化，实现自动控制及温度补偿功能，从而达到节能的效果；车用热释
电红外传感器可用于探测电机温度及总成对自动调节发动机性能的要求等。
综上所述，热释电红外传感器放大电路是一种通过控制电路和放大器把传感器输出信
号放大后输出的放大电路，在安防领域、自动控制领域和车辆行业等都有广泛的应用，能
够有效地检测信号，提高系统的全面性能和安全性能。
述热释电红外探测器的使用场合。
热释电红外探测器（Pyroelectric Infrared Detector，简称PIR传感器）是一种能
够探测人体红外线辐射的传感器，通常用于安防监控、智能家居、自动化控制等领域中。
PIR传感器能够快速、准确地监测到人体的活动，并与其他设备进行配合，实现各种自动
化活动。
以下是PIR传感器的使用场合：
1. 安防监控：PIR传感器可以用于监测入侵者，并发送警报给安防系统，从而增强安全防范。
在商业和住宅中，它们常常被用作安保的一个组成部分，特别是对于室外的安全
监控。
2. 能源管理：PIR传感器可以用于智能家居智能化管理，例如能够精细控制室内照明，以减少能源浪费。
当室内有人活动时，灯光自动开启，当离开时灯光自动关闭，这不仅方
便了生活，更有助于节省资源。
3. 自动化控制：PIR传感器还可用于各种自动化控制方案中，例如楼梯照明、自动门、智能开关等。
通过安装PIR传感器，可以实现自动化控制，更加便捷高效。
4. 其他应用领域：在一些特殊的应用领域中，如行业检测、医疗卫生领域、科学实
验等，PIR传感器也可以起到重要的作用。
比如在实验室中，管理人员可以使用PIR传感
器来检测危险物品，为实验人员和环境安全提供保障。
总之，PIR传感器可以应用于许多领域，并且随着技术的不断改进和升级，其功能也
日益强大。
随着人们对绿色环保低碳生活的需要不断增加，也将推动PIR传感器的应用领
域不断扩大。
实验12组员：姓名：张凯凯学号：00094831110姓名：张超学号：00094831153姓名：俞涛学号：0009483107312.1实验目的：12.1.1、了解热释电红外传感器结构、工作原理及应用。
12.2实验设备和元件：12.2.1实验设备： 12号热释电红外传感器模块、±12V电源。
12.2.2其它设备：导线若干。
12.3实验内容：＊12.3.1、利用网络或图书馆等，首先掌握热释电红外传感器原理、型号、使用方法、以及信价比等，整理成不少于3000字的说明书。
人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。
其中红光的波长范围为0.62～0.76μm；紫光的波长范围为0.38～0.46μm。
比紫光光波长更短的光叫紫外线，比红光波长更长的光叫红外线最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件，红外传感器就是其中的一种。
随着现代科学技术的发展，红外线传感器的应用已经非常广泛，下面结合几个收集到的实例，介绍一下红外线传感器的应用。
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。
