技术科普 一文读懂红外热释电传感器

热释电传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。早在1938年，就有人提出过利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到20世纪60年代才又兴起了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。

存在于自然界的物体，如人体、火焰、冰块等物都会发射红外线，但波长各不相同。人体温度为36-37℃，所发射的红外线波长为9-10um，属远红外区；400-700℃的发热体，所放射出的红外线波长为3-5um，属中红外区。热释电红外传感器不受白天黑夜的影响，可昼夜不停地用于监测，广泛地用于防盗报警、感应灯等领域。

一、热释电传感器的原理

热释电红外传感器一般由管帽、管座、红外滤光片、敏感元、场效应管或者数字芯片等主要部分组成。

利用热释电材料的自发极化强度随着外界温度的变化而产生电荷移动的特性，以非接触方式检测出人体辐射的红外能量的变化，将其转化成电信号，以电压或电流形式输出，并通过功率放大器将信号放大，达到控制电路的目的。

红外滤光片窗口材料的可接收通过波长：

5.5um长波通滤光片光谱图

上图所示为典型的5.5um长波通红外滤光片参考图，曲线是红外线通过率的平均值。 该窗口材料是经过特殊真空镀膜处理过的半导体硅片。

二、热释电传感器的分类

根据信号处理电路的不同，可以将热释电红外传感器分为模拟型和数字型两类。

模拟型热释电红外传感器的信号处理电路是场效应管，而数字型热释电红外传感器的信号处理电路是数字芯片。

RD623/624

模拟热释电

RD624

高灵敏度和优越的信噪比；

对温度变化的高稳定性；

抗干扰能力强 (例如振动，射频干扰等)；

优越的性价比；

抗白光能力强。

数字热释电传感器

RDA223/224/226

数字热释电

RDA226

高精度AD信号处理；

差分信号输入方式，抗干扰能力强；

具有灵敏度调节、延迟时间调节、光敏使能控制功能；

宽电压域供电1.5~4.5V、低功耗；

数字TTL信号输出。

三、热释电传感器的特性

热释电红外传感器只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。 不加菲涅尔透镜时，该传感器的探测半径可能不足2米，配上菲涅尔透镜则可达10米，甚至更远。菲涅尔透镜是用普遍的聚乙烯制成的，安装在传感器的前面。

菲涅尔透镜原理如下图所示：

当光线通过透镜单元后，在其反面则形成明暗相间的可见区和盲区，每个透镜单元只有一个很小的视场角，视场角内为可见区，之外为盲区。通过人体在明暗区的红外线辐射不断变化改变热释电敏感元的温度，使它输出一个又一个相应的微弱的电信号。输出信号的频率大约为0.1~10HZ，这一频率范围由菲涅尔透镜、人体运动速度和热释电人体红外传感器本身的特性决定。

四、热释电传感器的应用

热释电红外传感器目前主要应用在自动开关门、自动水龙头、人体感应灯、入侵报警器、智能家居、玩具等民用领域。

吸顶式热释电报警器

防盗报警器

人体感应灯

室内吸顶感应灯

智能空调

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）。

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