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1、如何利用热释电传感器及其他元如何利用热释电传感器及其他元器件实现宾馆玻璃大门的自动开器件实现宾馆玻璃大门的自动开闭闭 热释电传感器简介热释电传感器简介 主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为三甘钛等制成尺寸为三甘钛等制成尺寸为三甘钛等制成尺寸为2*1mm2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两的探测元件。在每个探测器内装入一个或两的探测元件。在每个探测器内装入一个或两的
2、探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器电压信
3、号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各
4、分成若干等份，镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大大大大7070分贝以上，这样就可以测出分贝以上，这样就可以测出分贝以上，这样就可以测出分贝以上，这样就可以测出10201020米范围内人的行动。米范围内人的行动。米范围内人的行动。米范围内人的行动。 人体辐射的红外线中心波长为人体辐射的红外线中心波长为人体辐射的红外线中心波
5、长为人体辐射的红外线中心波长为910um910um，而探测元件的波长灵敏度在，而探测元件的波长灵敏度在，而探测元件的波长灵敏度在，而探测元件的波长灵敏度在0.220um0.220um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为710-um710-um，正好适合于人体，正好适合
6、于人体，正好适合于人体，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。热释电传感器实物图热释电传感器实物图热热释释电电效效应应 当当一一些些晶晶体体受受热热时时，在在晶晶体体两两端端将将会会产产生生数数量量相
7、相而而 符符号号相相反反的的电电荷荷，这这种种由由于于热热变变化化产产生生的的电电极极化化现现象象被被称称为为热热释释电电效效应应。 凡凡是是有有自自发发极极化化的的晶晶体体，其其表表面面均均会会出出现现面面束束缚缚电电荷荷。而而这这些些面面束束缚缚电电荷荷平平时时被被晶晶体体内内部部的的自自由由电电子子和和空空气气中中附附着着在在晶晶体体表表面面的的自自由由电电荷荷所所中中和和，其其白白发发极极化化电电矩矩不不能能表表现现出出来来，因因此此在在常常态态下下呈呈中中性性。 如如果果交交变变的的辐辐射射通通过过光光敏敏元元照照射射在在极极化化晶晶体体上上，则则品品体体的的温温度度就就会会变变化化
8、，晶晶体体结结构构中中的的止止负负电电荷荷重重心心相相对对移移位位，自自发发极极化化发发生生变变化化，晶晶体体表表面面就就会会产产生生电电荷荷耗耗尽尽，电电荷荷耗耗尽尽的的状状况况正正比比丁丁- -极极化化程程度度。即即：晶晶片片的的白白发发极极化化强强度度以以及及由由此此引引起起的的面面束束缚缚电电荷荷的的密密度度均均以以同同样样频频率率发发生生周周期期性性变变化化。如如果果面面束束缚缚电电荷荷变变化化较较快快，自自由由电电荷荷来来不不及及中中和和，在在垂垂直直自自发发极极化化矢矢量量的的两两个个端端面面间间就就会会出出现现交交变变的的端端电电压压。热释电传感器的工作原理热释电传感器的工作原
9、理n n热释电传感器利用的是热释电效应，是一种温度敏感传感器。它由陶热释电传感器利用的是热释电效应，是一种温度敏感传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极而构成响应元。瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极而构成响应元。当传感器监测范围内温度有当传感器监测范围内温度有T T的变化时，因热释电效应会在两个电的变化时，因热释电效应会在两个电极上产生电荷极上产生电荷AQAQ，即在两电极之间产生一微弱电压，即在两电极之间产生一微弱电压AVAV。n n由于它的输出阻抗极高，所以传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。由于它的输出阻抗极高，所以传感器中有一个场效应管进行阻抗变换
10、。热释电效应所产生的电荷热释电效应所产生的电荷O O会跟空气中的离子结合而消失，当境温会跟空气中的离子结合而消失，当境温度稳定不变时，度稳定不变时， T=OT=O，传感器无输出。，传感器无输出。热热释释电电传传感感器器结结构构原原理理图图实现宾馆玻璃大门的自动开闭实现宾馆玻璃大门的自动开闭n n被动式热释电红外探头被动式热释电红外探头被动式热释电红外探头被动式热释电红外探头n n 人体都有恒定的体温，一般在人体都有恒定的体温，一般在3737。C C左右，会发出左右，会发出10nm10nm左右特定左右特定波长的红外线，被动式热释电红外探头波长的红外线，被动式热释电红外探头( (又叫红外人体探测传
11、感器又叫红外人体探测传感器) )就就是靠探测人体发射的红外线而进行操作的。红外线通过菲涅耳滤光片是靠探测人体发射的红外线而进行操作的。红外线通过菲涅耳滤光片增强后聚集到热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射变化时就增强后聚集到热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，经检测处理后就能产生报警信号。会失去电荷平衡，向外释放电荷，经检测处理后就能产生报警信号。n n 被动式热释电红外探头包含两个互相串联或并联的热释电元件，被动式热释电红外探头包含两个互相串联或并联的热释电元件，而且制成的两个电极方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件儿而且制成的两个电极方向正
12、好相反，环境背景辐射对两个热释元件儿乎具有相同的作州，使其产生的释电效应相互抵消，于是传感器无信乎具有相同的作州，使其产生的释电效应相互抵消，于是传感器无信号输出。号输出。n n 当人体进入检测区时，因人体温度与环境温度有差别，产生温差当人体进入检测区时，因人体温度与环境温度有差别，产生温差T T，则有信号输出，大门开启；若人体进入检测区后不动，则温度，则有信号输出，大门开启；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出，所以这种传感器能检测人体或者动物没有变化，传感器也没有输出，所以这种传感器能检测人体或者动物的活动。的活动。被动式热释电红外探头的特点被动式热释电红外探头的特点n
13、 n被动式热释电红外探头具有本身不发任何类型的辐射、隐敲性好、器被动式热释电红外探头具有本身不发任何类型的辐射、隐敲性好、器件功耗很小、价格低廉等优点。但是，被动式热释电红外探头也有缺件功耗很小、价格低廉等优点。但是，被动式热释电红外探头也有缺点，如：点，如：n n信号幅度小，容易受各种热源、光源干扰；信号幅度小，容易受各种热源、光源干扰；n n穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收：穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收：n n易受射频辐射的干扰；易受射频辐射的干扰；n n环境温度和人体温度接近时，探测灵敏度明显下降，有时还会造成环境温度和人体温度接近时，探测灵敏度明
14、显下降，有时还会造成短时失灵：短时失灵：n n主要检测的运动方向为横向运动方向，对径向方向运动的物体检测主要检测的运动方向为横向运动方向，对径向方向运动的物体检测能力比较差。能力比较差。n n 虽然被动式热释电红外探头有些缺点，但是采用特殊信号处理方虽然被动式热释电红外探头有些缺点，但是采用特殊信号处理方法后，仍然可使它在某些领域具有利润的应用前景。法后，仍然可使它在某些领域具有利润的应用前景。参考文献参考文献l孙人志ZT和PT陶瓷的热释电效应与品格参数的关系无机材料学报19979期2杨如增，廖宗廷天然黑色I乜气石热释电特性的研究宝石和宝石学杂忐20001期3黄继昌等编著检测专用集成电路及其应用北京：人民邮电出版社，20064马西秦主编自动检测技术第2版北京：机械工业m版社，20065张宏建，蒙建波自动检测技术。j装置北京：化学T业版，20046张毅等编著自动检测技术及仪表控制系统，第2版北京：化学工业版社，20057潘立登，董春利等编石油化工自动化北京：机械工业出版社，20068柳桂国主编检测技术及应用北京：电子工业出版社，2003谢谢观看谢谢观看O(_)O！
