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熱釋電傳感器是一種能檢測(cè)人或動(dòng)物發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器。早在1938年,就有人提出過(guò)利用熱釋電效應(yīng)探測(cè)紅外輻射,但并未受到重視,直到20世紀(jì)60年代才又興起了對(duì)熱釋電效應(yīng)的研究和對(duì)熱釋電晶體的應(yīng)用。
存在于自然界的物體,如人體、火焰、冰塊等物都會(huì)發(fā)射紅外線,但波長(zhǎng)各不相同。人體溫度為36-37℃,所發(fā)射的紅外線波長(zhǎng)為9-10um,屬遠(yuǎn)紅外區(qū);400-700℃的發(fā)熱體,所放射出的紅外線波長(zhǎng)為3-5um,屬中紅外區(qū)。熱釋電紅外傳感器不受白天黑夜的影響,可晝夜不停地用于監(jiān)測(cè),廣泛地用于防盜報(bào)警、感應(yīng)燈等領(lǐng)域。
熱釋電傳感器的原理
熱釋電紅外傳感器一般由管帽、管座、紅外濾光片、敏感元、場(chǎng)效應(yīng)管或者數(shù)字芯片等主要部分組成。
利用熱釋電材料的自發(fā)極化強(qiáng)度隨著外界溫度的變化而產(chǎn)生電荷移動(dòng)的特性,以非接觸方式檢測(cè)出人體輻射的紅外能量的變化,將其轉(zhuǎn)化成電信號(hào),以電壓或電流形式輸出,并通過(guò)功率放大器將信號(hào)放大,達(dá)到控制電路的目的。
紅外濾光片窗口材料的可接收通過(guò)波長(zhǎng):
5.5um長(zhǎng)波通濾光片光譜圖
上圖所示為典型的5.5um長(zhǎng)波通紅外濾光片參考圖,曲線是紅外線通過(guò)率的平均值。該窗口材料是經(jīng)過(guò)特殊真空鍍膜處理過(guò)的半導(dǎo)體硅片。
熱釋電傳感器的特性
熱釋電紅外傳感器只有配合菲涅爾透鏡使用才能發(fā)揮大作用。不加菲涅爾透鏡時(shí),該傳感器的探測(cè)半徑可能不足2米,配上菲涅爾透鏡則可達(dá)10米,甚至更遠(yuǎn)。菲涅爾透鏡是用普遍的聚乙烯制成的,安裝在傳感器的前面。
菲涅爾透鏡原理如下圖所示:
當(dāng)光線通過(guò)透鏡單元后,在其反面則形成明暗相間的可見區(qū)和盲區(qū),每個(gè)透鏡單元只有一個(gè)很小的視場(chǎng)角,視場(chǎng)角內(nèi)為可見區(qū),之外為盲區(qū)。通過(guò)人體在明暗區(qū)的紅外線輻射不斷變化改變熱釋電敏感元的溫度,使它輸出一個(gè)又一個(gè)相應(yīng)的微弱的電信號(hào)。輸出信號(hào)的頻率大約為0.1~10HZ,這一頻率范圍由菲涅爾透鏡、人體運(yùn)動(dòng)速度和熱釋電人體紅外傳感器本身的特性決定。
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