热电传感器的原理与应用.doc

热释电传感器原理与应用 Principle of pyroelectric infrared sensor and it’s application 百利通电子上海有限公司 邮编200233 china 李建 摘要 文章主要介绍热释电传感器及百利通电子有限公司的人体感应处理芯片PT8A26XXP的工作原理,同时，结合其原理及特点介绍在安全防盗、节能开关、自动控制等领域中，热释电红外传感器及相关处理芯片的广泛应用。 Abstract This article mainly introduces operational principles of Pyroelectric Infrared(PIR) sensor and PTI’s PIR processing chip PT8A26XXP, meanwhile, with their principles and features, this article also shows widely application of PIR sensor and the related chip in safety and protection, energy-saving switch and automatic control field. 关键词：热释电效应，被动式热释电红外传感器，菲涅耳透镜 Keywords: pyroelectric effect, passive pyroelectric infrared sensor, fresnel lens 中图分类号TN219 文献标识码 B 热释电红外传感器是一种非常有应用潜力的传感器。它能检测人或某些动物发射的红外线而输出电信号。早在1938年，有人就提出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开发。近年来，伴随着集成电路技术的飞速发展，以及对该传感器的特性的深入研究，相关的专用集成电路处理技术也迅速增长。本文先介绍传感器的原理，然后再描述相关的专用集成电路处理技术。 热释电效应 当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象，被称为热释电效应。 通常，晶体自发极化所产生的束缚电荷被来自空气中附着在晶体表面的自由电子所中和，其自发极化电矩不能表现出来。当温度变化时，晶体结构中的正负电荷重心相对移位，自发极化发生变化，晶体表面就会产生电荷耗尽，而电荷耗尽情况正比于极化程度，图一表示了热释电效应形成的原理。 能产生热释电效应的晶体称之为热释电体或热释电元件。热释电元件常用的材料有单晶(LiTaO3 等)、压电陶瓷（PZT等）及高分子薄膜（PVFZ等）2。 热释电传感器利用的正是热释电效应，这是一种对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，在传感器 图一、热释电效应的形成原理1 监测范围内温度有ΔT的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱的电压ΔV。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷ΔQ会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，ΔT=0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，则有ΔT输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以这种传感器检测人体或者动物的活动传感。 图二、热释电红外传感器的结构及内部电路1 热释电红外传感器的结构及内部电路见图二所示。传感器主要有外壳、滤光片、热释电元件PZT、场效应管FET等组成。其中滤光片设置在窗口处，组成红外线通过的窗口。滤光片为6微米多层膜干涉滤光片，对太阳光和荧光灯光的短波长（约5微米以下）可很好滤除。热释电元件PZT将波长为8一12um之间的红外信号的微弱变化转变为电信号，为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅耳滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。菲涅耳透镜根据菲涅耳原理制成，把红外光线分成可见区跟盲区，同时又有聚焦的作用，使热释电人体红外传感器 (PIR) 的灵敏度大大增加。菲涅耳透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲涅耳透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在PIR上， 第二个作用是将检测区内分为若干个明区和暗区，使进入检测区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化的电信号。 如果我们在热电元件接上适当的电阻，当元件受热时，电阻上就有电流流过，在两端得到电压信号。 图三、菲涅耳透镜1 被动式热释电红外传感器的工作原理与特性： ??? 在自然界