☆热释电红外传感器性能测试实验

应用物理实验　
热释电红外传感器性能测试实验
热释电红外传感器主要由滤光片、ＰＺＴ热电元件、结型场效应管ＦＥＴ及电阻、二极管组成。

其中滤光片的光谱特性决定了热释电传感器的工作范围，本仪器所用的滤光片对５µｍ以下的辐射具有高反射率，而对于从人体发出的红外辐射则有高穿透性。

传感器接收到红外辐射信号后就有电压信号输出。

　
通过将菲涅尔透镜装在热释电红外传感器探头上，测量最大的探测距离和探测角度，了解热释电红外传感器的结构和工作原理，加深对菲涅尔透镜作用的了解。

热释电传感器实验仪实验指导书目录第一章热释电传感器实验仪说明 (2)产品介绍： (2)第二章实验指南 (4)一、实验目的 (4)二、实验内容 (4)三、实验仪器 (4)四、实验原理 (4)五、注意事项 (6)六、实验操作 (7)七、实验思考题 (10)八、实验测试点说明 (10)热释电传感器实验仪实验指导书第一章热释电传感器实验仪说明产品介绍：热释电探测器因具有光谱响应范围宽，较大的频响带宽，在室温下无需致冷，可以有大面积均匀的光敏面，不需偏压，使用方便等特点，而得到广泛应用。

本实验仪通过利用热释电传感器组建红外报警系统，达到了解和掌握热释电传感器的原理及使用方法的目的。

实验分为原理性实验和热释电红外报警器成品实验。

相关参数：1、热释电传感器灵敏元面积： 2.0×1.0mm2工作波长：7-14μm平均透过率：＞75%输出信号：＞2.5V工作电压：2.2-15V工作电流：8.5-24μA源极电压：0.4-1.1V工作温度：-20℃- +70℃保存温度：-35℃- +80℃视场：139°×126°2、菲涅尔透镜外径：Φ23 内径Φ20焦距：10.5mm感应角度：100°感应距离：5m（可调）3、热释电报警器传感器：低噪音高灵敏度双元矩形红外启动时间：通电60 秒检测速度：0.2－7米/秒灵敏度：二级可调保护范围：12米110゜警报指示：LED指示灯亮保持3秒4、报警指示：声音、光第二章实验指南一、实验目的1、了解热释电传感器的工作原理及其特性2、了解并掌握热释电传感器信号处理方法及其应用3、了解并掌握超低频前置放大器的设计二、实验内容1、热释电传感器系统安装调试实验2、热释电传感器信号处理实验（1）超低频放大电路实验（2）窗口比较电路实验（3）延时开关量输出实验（4）延时时间控制实验3、热释电传感器响应距离特性实验4、成品热释电报警器安装调试实验三、实验仪器1、热释电传感器实验仪一台2、红外热释电报警器一个3、红外热释电探头一个4、支架一套5、2＃迭插头对若干6、电源线 1根7、万用表 1台四、实验原理1、热释电探测器简介热释电探探器是一种利用某些晶体材料自发极化强度随温度变化所产生热释电传感器实验仪实验指导书的热释电效应制成的新型热探测器。

热释电材料性能测试实验一、引言热释电材料是一种具有热释电效应的功能材料，可以将温度变化转换为电能，具有广泛的应用前景。

为了评估热释电材料的性能，需要进行严格的性能测试实验，以确保其在实际应用中能够达到预期效果。

二、热释电材料性能测试方法2.1 电压输出测试热释电材料在受到温度变化刺激时，会产生电压输出，通过测量这种输出电压的大小和稳定性来评估热释电材料的性能。

2.2 温度响应时间测试热释电材料对温度变化的响应时间也是评估其性能的重要指标。

通过测量材料对温度变化的响应时间，可以了解其在实际应用中的效率和灵敏度。

2.3 功率输出测试除了电压输出外，热释电材料还可以产生功率输出。

通过测量功率输出的大小和变化趋势，可以评估热释电材料在不同温度条件下的性能表现。

三、热释电材料性能测试实验步骤3.1 实验准备在进行热释电材料性能测试实验之前，首先需要准备好实验所需的仪器设备和标准样品。

确保实验环境稳定和准确。

3.2 样品制备将热释电材料按照实验要求制备成标准样品，并确保样品的质量和形状符合要求。

3.3 实验操作依次进行电压输出测试、温度响应时间测试和功率输出测试等步骤，记录实验数据并分析结果。

3.4 结果分析根据实验数据分析测试结果，评估热释电材料的性能表现，并对实验结果进行讨论和总结。

四、实验结果与讨论根据实验数据和结果分析，可以得出热释电材料的性能特点和优缺点，为其在实际应用中的选择和改进提供参考依据。

五、结论通过对热释电材料性能测试实验的研究和分析，可以有效评估材料的性能表现，为进一步研究和应用提供基础支持。

六、参考文献[1] 张三, 李四. 热释电材料的性能测试方法研究[J]. 材料科学, 20XX, 10(1): 100-110.七、致谢本研究得到了X基金会的资助和支持，在此致以诚挚的感谢。

以上是对热释电材料性能测试实验的全面介绍和分析，希望能对相关领域的研究和应用提供帮助和参考。

被动式(热释电)红外传感实验熊建国1)　朱白桦2)(1)上海大学物理实验中心上海200072;2)上海大学悉尼工商学院上海200072) 摘　要:介绍了被动式(热释电)红外传感实验的基本原理、实验内容及红外传感实验仪的电路Λ关键词:红外辐射;热释电传感器;微弱信号;超低频中图分类号:TN 21 文献标识码:A 文章编号:100524642(2002)0820009203Exper i m en t i n passive i nfrared sen si ngX I ON G J ian 2guo 1)　ZHU B ai 2hua2)(1)Physics Exp eri m en t Cen ter ,Shanghai U n iversity ,Shanghai ,200072; 2)Sydney In stitu te of L anguage &Comm erce ,Shanghai U n iversity ,Shanghai ,200072)Abstract :T he basic p rinci p le and the con ten ts of p assive infrared sen sing exp eri m en t are in troduced .T he circu it of infrared sen sing exp eri m en tal app aratu s is described .Key words :infrared radiati on ;p assive sen so r ;s m all signal ;low frequency1　引　言红外线的辐射波长约0.77～1000Λm ,红外辐射的不同波段有不同的应用Λ从军事上的红外线制导导弹、红外成像夜视仪,到包含高新尖端技术的红外气象卫星,从工业上普遍应用的红外光电计数器、红外测温仪、红外气体分析仪,到民用的波动式红外防盗报警器、人体红外自动照明开关等,红外传感技术已在军事、空间、工农业、民用等各个领域得到广泛应用Λ本文研制的传感实验仪选择8～14Λm 红外辐射波段,利用接受人体辐射的红外线来控制指示灯的闪亮和蜂鸣器的报警Ζ因此红外传感实验涉及到红外辐射、红外光学、红外传感、微弱信号检测、电子等学科技术Ζ2　基本原理任何高于绝对零度的物体都会向空间发出红外线Ζ不同温度的物体(作黑体近似),其辐射的能量随波长的分布符合普朗克分布定律M Κ=C 1Κ5・1e C 2 ΚT-1(1)式中:M Κ是光谱辐射出射度(W ・c m -2・Λm -1),Κ是波长(Λm ),T 是绝对温度(K ),C 1为3.7413×104W ・c m -2・Λm 4,C 2为1.4388×104Λm ・K Ζ在37℃时,(1)式显示的光谱分布如图1所示Ζ图1　辐射光谱分布2.1　热释电红外传感器及滤光片热释电红外传感器是一种波动式红外传感器,是用于接收物体的红外辐射并转变为电信号的元件,通常由2个极性相反的传感元件串联连接,并与1个高阻和1个场效应晶体管组装在一起Ζ根据应用的需要,设计成2个传感元件都用于接受红外辐射或仅1个传感元件用于接收红外辐射(另1个被遮挡)Ζ热释电传感器对交变的红外辐射产生响应,输出正或负的信号,对于双元传感器,当辐射信号同时入射到2个传感元件上时,由于2个传感元件极性相反,连接信号就会相互抵消而没有输出Ζ元传感元件制成的热释电传感器对环境温度的变化Ζ背景辐射和受振动产生的随机噪声都具有良好的补偿作用,使传感器在实际使用中稳定可靠Ζ红外线在空气中透射会被大气中的水蒸气和有些气体分子所吸收,透射率较高的区域称为大气窗口(见图2)Ζ为了提高物体辐射的红外线在大气中的对比度,传感器的光谱带要与大气窗口相吻合,通常在热释电传感器前加装图2　大气透射率图3　8～14Λm干涉滤光片一块8～14Λm的光学干涉滤光片,光谱图见图制带宽外,特别是近红外的辐射对热释电传感器的干扰[1,2]Ζ2.2　菲涅耳透镜红外辐射虽然是不可见的,但它的聚焦与一般的光学成像原理一样Ζ有多种材料能用于红外的透射和聚焦,但比较价廉实用的是采用由低密度聚乙烯材料做成的菲涅耳透镜Ζ菲涅耳透镜保留了透镜的原有曲率半径,使其具有聚焦功能,又减小了透镜的体积和重量,且有可塑性Ζ根据应用的需要可以制成不同焦距、不同视场的菲涅耳透镜Ζ例如对远距离的红外辐射进行聚焦的单视场小角度的透镜,用于近距离大角度进行聚焦的多视场透镜(见图4)Ζ图4　菲涅耳透镜3　红外传感实验仪的电路概述传感实验仪电路原理见图5Ζ人体的红外辐射是一种微弱的辐射,为了达到由传感到控制的目的,首先由菲涅耳透镜把人体辐射的红外线聚焦在热释电传感器上,经传感器转换输出的电信号是微弱的电压信号,这样的微弱信号对电子放大系统的要求较高,它必须经过高增益的运算放大器进行放大Ζ此外人体辐射的红外线频率较低(0.01～5H z s),属于超低频范围Ζ为了使人体辐射的红外信号频率顺利通过,并抑制其它物体的红外辐射信号频率及放大器自身的噪声,放大器在对微弱信号进行高增益放大的同时还要具有超低频的频率特性,以提高传感的可靠性Ζ传感实验仪中采用了二级相同的高增益超和f高及放大电路的增益可通过下式计算f低=12ΠC1R1=12ΠC2R2=0.53H z(2) f高=12ΠC3R3=10.6H z(3)式中:R1=R2=30k8,C1=C2=10ΛF,R3= 1m8,C3=0.015ΛFΖ每级放大电路的增益为　A=20lg2Πf C2R3(1+2Πf C2R2)(1+2Πf C3R3)(4)形变换电路工作,使放大的模拟信号变换成高或低电平的数字信号Ζ信号存储及延时关闭电路在每输入1次高电平信号后,在输出端A4产生高电平输出,直接驱动指示灯的闪亮或蜂鸣器的报警,并延时一段时间关闭(输出变为低电平)Ζ延时的时间可以通过传感实验仪上的延时调节旋钮来调节Ζ图5　传感实验仪电路原理图4　实验内容4.1　菲涅耳透镜测定由红外辐射调制器提供2H z s的红外辐射信号,用示波器观察实验仪A2输出端的波形,调整热释电传感器上可移动的菲涅耳透镜,当信号幅值最大时读取标尺上的值就是透镜的焦距(30mm)Λ4.2　实验仪中超低频放大器的幅频特性测定用信号发生器连接实验仪C1输入端,分别输入0.2H z,0.3H z,…,12H z,13H z的正弦波信号,用示波器观察和记录连接在实验仪A2输出端的信号幅值,在最大幅值下降至0.707处标出f低,f高二点为放大器的通频带Ζ4.3　人体红外传感实验把菲涅耳透镜调整在30mm的焦距处,当人体在5m内通过透镜的视场时,传感实验仪的蜂鸣器会产生报警(或选择指示灯闪亮)Λ用示波器可观察实验仪A1～A4各输出端的信号波形Λ5　结束语红外传感由于涉及多门学科技术,在实验教学中从基本原理出发(红外辐射、普朗克分布定律),讲清涉及到的学科知识,但不扩展Ζ如:红外光学中采用菲涅耳透镜、8～14Λm干涉滤光片,热释电传感器选用双元敏感器,微弱信号检测放大使用0.5～10H z的超低频运算放大器等具体例子Ζ学生通过实验能了解红外传感的原理,以及红外传感与多学科技术结合在实际中的应用,提高学生实验学习的兴趣Ζ6　参考文献1　Donald M S.A D esign Study of In tru si on D etec2 ti on[J].Op tical Spectra,1988,7:322　L o thar R W.T he thermop ile:the comm ercial in2 frared detecto r[J].EO SD Sep t,1988,3:21～23(2002201225收稿,2002206226收修改稿)。

热释电人体红外线传感器电子技术课程设计及实训(1)热释电人体红外线传感器电子技术课程设计及实训1. 引言随着技术不断发展，红外传感作为一种非接触式的检测技术得到了广泛应用。

其中，热释电人体红外线传感器作为一种常用的传感器，被广泛应用于安防、灯光控制等领域。

为了培养学生的动手实践能力和创新精神，本文进行了一项关于热释电人体红外线传感器的电子技术课程设计及实训。

2. 课程设计本课程设计旨在让学生了解热释电人体红外线传感器的结构、原理、特点和应用，并让学生在实验中全面掌握传感器的使用。

具体包括以下内容：（1）热释电人体红外线传感器的原理和结构介绍热释电人体红外线传感器的原理和结构，让学生了解传感器的基本工作原理和组成部分。

（2）热释电人体红外线传感器的特点及应用介绍热释电人体红外线传感器的特点和应用，例如在安防、灯光控制等领域的应用。

（3）热释电人体红外线传感器的电路设计根据热释电人体红外线传感器的原理，设计一个简单的电路并进行实验。

让学生了解电路的设计和布局方法，并学会使用示波器、万用表等工具。

（4）热释电人体红外线传感器的信号处理介绍热释电人体红外线传感器的信号处理方法，例如滤波、放大、模数转换等。

让学生了解信号处理的基本流程和方法。

3. 实训内容实训内容主要包括以下内容：（1）热释电人体红外线传感器电路的装配学生将自己设计的电路连接起来，并进行调试。

让学生学会使用电路元件和工具，了解电路的装配方法。

（2）热释电人体红外线传感器信号的测试学生将自己设计的热释电人体红外线传感器连接到示波器上，并进行测试。

让学生了解信号的测试方法和示波器的使用方法。

（3）热释电人体红外线传感器信号处理的实现学生将从传感器中获取的信号进行信号处理，例如进行滤波和放大，让学生了解信号处理的方法和流程。

（4）热释电人体红外线传感器应用的实现学生将热释电人体红外线传感器应用到实际的场景中，例如在安防系统中进行实时监测。

让学生了解传感器的实际应用场景。

一、实训目的本次实训旨在让学生了解红外传感器的原理、结构、工作特性，并掌握红外传感器的测试方法。

通过实训，使学生能够熟练使用红外传感器进行实际测量，并具备分析测量结果、解决实际问题的能力。

二、实训内容1. 红外传感器原理与结构红外传感器是一种利用红外线特性进行测量的传感器。

其工作原理是：物体在辐射红外线时，红外传感器通过接收这些红外线并将其转换为电信号，从而实现对物体状态的测量。

红外传感器的结构主要由光学系统、探测器、信号调理电路和显示系统等组成。

其中，光学系统负责将红外线聚焦到探测器上；探测器将红外线转换为电信号；信号调理电路对电信号进行处理；显示系统将处理后的信号显示出来。

2. 红外传感器的测试方法（1）基本测试1）外观检查：检查红外传感器的外观是否有损坏、变形等现象。

2）连接检查：检查红外传感器的连接线是否完好，接触是否牢固。

3）工作电压测试：使用万用表测量红外传感器的工作电压，确保其符合规格要求。

（2）性能测试1）灵敏度测试：将红外传感器置于一定距离处，使用红外辐射源照射传感器，观察传感器输出信号的幅度。

通过改变照射强度，绘制灵敏度曲线，分析传感器的灵敏度。

2）响应时间测试：将红外传感器置于一定距离处，使用红外辐射源照射传感器，记录传感器输出信号从低电平到高电平的时间，以及从高电平到低电平的时间。

通过比较不同传感器的响应时间，分析其性能。

3）抗干扰能力测试：在红外传感器附近加入干扰源，如振动、射频等，观察传感器输出信号的变化，分析其抗干扰能力。

4）温度特性测试：将红外传感器置于不同温度环境下，观察传感器输出信号的变化，分析其温度特性。

5）距离特性测试：将红外传感器置于不同距离处，观察传感器输出信号的变化，分析其距离特性。

3. 实训项目本次实训选取了以下项目进行测试：（1）热释电红外传感器测试（2）红外雨量传感器测试（3）红外测距传感器测试三、实训过程1. 准备工作实训前，准备好所需的仪器设备，包括红外传感器、红外辐射源、万用表、信号发生器等。

热释电系数测试一、前言热释电材料是一类能够产生电荷响应的材料，其特点是在温度变化时会产生电压信号的变化。

热释电系数测试是一项针对这类材料的重要实验，用于测定材料在不同温度下的电压输出变化率，以评估其在热电应用中的性能。

二、实验目的本次实验旨在通过测试热释电材料的热释电系数，以确定其在温度变化时产生电压响应的灵敏度。

通过热释电系数测试，可以帮助我们评估材料在热电设备和传感器等应用中的可行性和性能。

三、实验原理热释电系数是指材料在单位温度变化下产生的电压变化率，通常用公式表示为：α = ΔV /ΔT其中，α为热释电系数，ΔV为电压变化量，ΔT为温度变化量。

热释电系数的单位为V/K。

四、实验器材与试剂1. 热释电材料样品2. 热电偶或红外线传感器3. 温度控制装置（例如热水浴、热风机）4. 输入电压源5. 示波器或多用电表6. 数据记录设备（例如计算机）五、实验步骤1. 准备样品：将热释电材料样品准备好，并确保其表面干净平整，以确保测试的准确性。

2. 连接电路：将输入电压源与热电偶（或红外线传感器）以及示波器（或多用电表）相连，组成完整的测量电路。

3. 控制温度：使用温度控制装置（例如热水浴或热风机），将温度逐步升高或降低，在每个温度点上记录下材料的电压输出值。

4. 测试数据记录：将测量得到的电压和温度数据记录下来，以便后续的数据处理和分析。

5. 数据处理与分析：根据记录的数据，计算出不同温度下的热释电系数，并进行相应的数据分析和比较。

六、结果与讨论通过实验测试和数据处理，我们可以得到材料在不同温度下的热释电系数。

根据结果，可以评估材料在热电应用中的性能和适用范围。

同时，可以将实验数据与已有的热释电材料性能参数进行对比，以了解材料在市场上的竞争力。

七、实验注意事项1. 实验过程中，应注意安全，避免触电或烫伤等意外事件的发生。

2. 温度控制装置的温度设置应准确，以保证实验数据的准确性和可靠性。

3. 测试环境的稳定性对结果有较大影响，应尽量减少外界因素对实验的干扰。

热释电人体红外传感器概述热释电人体红外传感器（Pyroelectric Infrared Sensor, PIS）是一种能够检测人体红外辐射的传感器。

它基于热释电效应，当有人或动物经过时，会发生温度变化，进而引起电荷分布的改变，使得能够检测到人体的存在。

热释电传感器使用非常广泛，主要应用于安防领域，能够检测并报警区域内是否有人体活动。

同时，还可以应用于自动化控制、智能家居、医学检测等领域。

工作原理热释电红外传感器由两个部分组成：感应电容和热敏电阻。

当有人体经过时，感应电容会感应到人体红外辐射，将其转化为电荷信号。

然后，该信号输入到热敏电阻上，产生电压信号。

进而，经过放大和处理，输出为控制电路所能接受的信号。

技术特点灵敏度高热释电传感器对人体红外辐射具有很高的灵敏度。

特别是对于热红外辐射，其灵敏度可以达到0.1°C以下，可以检测到非常微小的温度变化。

抗扰动能力强热释电传感器采用差分电路进行信号处理，从而可以降低系统的噪声干扰和环境电磁干扰，提高系统的抗扰动性。

体积小热释电传感器集成度高，体积小，可以方便地布置在需要检测的区域内。

通过组合成阵列，可以形成全向性的监测。

节能热释电传感器的工作电流非常低，一般不超过1 mA。

因此，它可以工作在长时间不间断的状态下，并且不会对电力造成过大的负担。

应用领域安防领域热释电传感器可以应用于安防领域，检测室内外是否有人经过，控制闸门的打开和关闭。

尤其在智能家居系统中的安防领域，热释电传感器可以组成监控网络，实现长时间的无缝监控。

自动化控制热释电传感器可以应用于自动化控制领域，在机器人、工业控制等领域中进行热释电传感器的应用，可以提高系统的自动化程度和智能化程度。

医学检测热释电传感器可以应用于医学检测领域。

例如，可以用于人体体温检测，检测人体多个部位的温度变化，监测人的健康状况。

优缺点优点1.灵敏度高，能够检测到非常微小的温度变化。

2.抗干扰能力强，减少了系统的外部干扰，提高了系统的稳定性。