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）。

什么是热释电红外传感器？

我们都知道，红外线是一种我们肉眼看不见的光，红外线最显著的的特性是它具有热效应，也就是说所有高于绝对零度的物质都可以产生红外线。利用红外线技术可以控制很多产品，特别在自动控制方面，比如自动节能灯等。它利用人体发出的红外线，当人体进入感应范围时，红外传感器探测到人体红外光谱的变化，自动接通输出电路，打开相应负载，一旦人离开后，输出自动关闭，实现节能效果。热释电红外传感器它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，利用它可以作为控制电路的输入端。

如图，整个控制原理图包括菲涅尔透镜、热释电传感器、放大器、比较器、控制电路输出电路等部分。

1、菲涅尔透镜

这种透镜又叫螺纹透镜，由聚合物或者玻璃制作而成，它的作用是将人体发出的的红外线收集，目的是提高输入信号灵敏度；

2、热释电传感器

热释电传感器红外线信号的检测，经过菲涅透镜的放大作用，信号大大加强，被动式的传感器通常有三个引脚，分别是电源供电端，也就是内部开关管D极、信号输出端，也就是内部开关管S极、接地端。 常见的传感器有RE200B、PIS209、LHI878等；

3、放大器

经过透镜放大的热释电传感器输出信号虽然有了一定值，但是放大系数还是不够，这里加一个放大电路，把信号进一步放大，提高系统稳定性；

4、比较器

凡是信号电路毫无疑问几乎都会受到各种各样的干扰信号，有些是噪声干扰，热释电红外传感器对红外线敏感，为了提高系统的工作可靠性，使误动作的概率降至最低，比较器一般都有一个阈值电压，这个电压可以根据实际环境噪声来设置相应参数。当外界信号值达到阈值时候系统会认为要开启工作了。

5、控制电路

控制电路一般包括光控电路以及延迟电路，光控输入信号与比较器的信号一起控制。而延时电路则对是对信号中断后系统输出扔保持一段时间然后断开，这样避免人走了输出立刻关掉的尴尬。有些控制电路还包含声控电路部分，对声音分贝也进行控制，多条件控制整个系统。

6、输出电路

输出电路相对简单点，主要是对执行电路的信号输出。

现在很多传感器电路都集成化、模块化，避免对外围电路的多余设计

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