红外热释电传感器 技术科普 一文读懂红外热释电传感器

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。

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

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。

热释电红外传感器控制原理图：

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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