热释电红外传感器工作原理

简单了解热释电传感器

当一些晶体受热时，在晶体两端会产生数量相等但极性相反的电荷，这种由于热量变化所产生的电极化现象，被称为热释电效应。

热释电传感器就是利用热释电效应来检测人体发出的红外线来识别人或动物移动，从而实现自动控制的一种被动式传感器。它通过检测人体发出的特定波长的红外线，通过后级一系列电路部分的整形、放大等，从而驱动负载部分，实现自动开关的功能。常被用于自动灯、自动门等电路中。

热释电传感器工作原理

红外线是一种人体肉眼看不见的光，其最显著的的特性就是它具有热效应，也就是说所有高于绝对零度的物质都可以产生红外线。人体的体温一般恒定在37℃左右，所以就会发出特定波长在9-10μm左右的红外线。

热释电传感器就是通过检测人体发射的9-10μm左右波长的红外线而进行工作的。人体发射的红外线通过透镜聚焦后聚集到传感器内采用热释电效应制成的红外感应源上，感应源在接收到人体红外辐射温度发生变化时，电荷就会失去平衡向外释放，通过后级电路的处理，就会输出信号。

菲涅尔透镜

热释电传感器通常使用特定角度的菲涅尔透镜，通过透镜的汇聚作用来提高红外检测的灵敏度，并将检测红外线的角度控制在一定范围内，起到一定的抗干扰作用。

热释电传感器

热释电传感器主要是用来检测人体的红外辐射的，所以其内部的热释电感应源对人体辐射波长的红外线较为敏感，同时，在热释电传感器的顶部安装有滤光片，对其他波长的红外线进行滤除，同样提高了抗干扰的能力。

热释电传感器热源移动示意图

热释电传感器内部包含两个相互串联或并联的热释电感应单元，两个单元的电极化方向正好相反，所以环境背景的红外线辐射对两个热释电单元具有相同作用，使其产生的热释电效应相互抵消，此时传感器没有信号输出。

当人体进入到检测区域时，红外辐射通过菲涅尔透镜聚焦，汇聚到热释电单元，此时两个热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，就会有信号输出。所以，热释电传感器对人体的移动检测相对灵敏，而对于静止时灵敏度较差。

热释电传感器内部结构

热释电传感器内部结构

热释电传感器由滤光片、热释电探测元件及前置信号处理放大电路等组成，补偿型热释电传感器还带有温度补偿元件。为了防止外部环境对传感器输出信号的干扰，上述元件被真空封装在一个金属管内。

热释电传感器的滤光片为带通滤光片，它封装在传感器壳体的顶端，使特定波长的红外线选择性地通过；

热释电探测单元是热释电传感器的核心元件，它是在热释电晶体的两面镀上金属电极后，加电极化制成，相当于一个以热释电晶体为电介质的平板电容器。当它受到非恒定强度的红外光照射时，产生的温度变化会导致其表面电极的电荷密度发生改变，从而产生热释电电流；

前置放大器由一个高内阻的场效应管源极跟随器构成，通过阻抗变换，将热释电探测单元微弱的电流信号转换为有用的电压信号输出。

热释电传感器引脚排序及封装

热释电传感器通常为金属罐封装，对外引出三个引脚，分别为接地端E，内部场效应管的源极S（信号输出）以及漏极D（电源正）。

看完这篇你就懂了！热释电传感器的原理和应用

红外热释电传感器是一种非常有潜力的传感器，它可以检测人或某些动物发出的红外光并转换成电信号输出，是感应人体存在的高灵敏度红外探测元器件。

热释电传感器顶部的长方形窗口加有滤光片，可以使人体发出的9~10μm的红外光通过，不需要接触人体就能检测出人体辐射能量的不同以及变化，并把它转换成电压信号输出。通过将信号放大，就可以驱动各种控制电路，用在电源开关控制、防盗报警、自动控制等多种场景下。

其实，早在1938年就有人提出利用热释电效应来探测红外辐射，无奈当时并未受到重视。直到60年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才逐渐推动了对热释电效应的研发和应用。

在自然环境中，任何高于绝对温度（-273K）的物体都会产生红外光，不同温度的物体释放出的红外光的波长并不相同，而且辐射能量的大小也不尽相同。

人体的恒定体温在37℃左右，会发出10μm左右特定波长的红外线，热释电传感器就是靠探测人体发射出的红外线进行工作的。

热释电人体红外传感器的特点是它只有在外界辐射引起它本身的温度发生变化时，才给出一个相应的电信号。当温度的变化趋于稳定时，就不会有信号输出，也就是说热释电信号与它本身的温度的变化率成正比，或者说热释电人体红外传感器只对运动的人体敏感。

热释电传感器除了用在常见的自动门、感应灯、智能防盗报警系统上，也在越来越多的智能电器中应用广泛。如无人时自动关闭的空调、电视；有人靠近时自动开启的监视器、自动门铃......

热释电传感器在自动门领域的应用已十分成熟，也因其性能稳定且能长期稳定可靠工作而受到广大用户的欢迎。

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