本文主要是關(guān)于熱釋電紅外傳感器的相關(guān)介紹，并著重對(duì)熱釋電紅外傳感器的應(yīng)用進(jìn)行了詳盡的闡述。
熱釋電紅外傳感器
熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場(chǎng)效應(yīng)管，其目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號(hào)，并不能直接使用，因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式。故引入的N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式來(lái)完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測(cè)元、干涉濾光片和場(chǎng)效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對(duì)其進(jìn)行極化，這樣便制成了熱釋電探測(cè)元。
主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測(cè)元件。在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離，一般在探測(cè)器的前方裝設(shè)一個(gè)菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號(hào)放大70分貝以上，這樣就可以測(cè)出20米范圍內(nèi)人的行動(dòng)。菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測(cè)器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測(cè)接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過(guò)時(shí)，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而強(qiáng)化其能量幅度。人體輻射的紅外線中心波長(zhǎng)為9~10--um，而探測(cè)元件的波長(zhǎng)靈敏度在0.2~20--um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開(kāi)設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過(guò)光的波長(zhǎng)范圍為7~10--um，正好適合于人體紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長(zhǎng)的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專(zhuān)門(mén)用作探測(cè)人體輻射的紅外線傳感器。
結(jié)構(gòu)
由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測(cè)元也是有正、負(fù)極性的。該傳感器將兩個(gè)極性相反、特性一致的探測(cè)元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個(gè)極性相反、大小相等的干擾信號(hào)在內(nèi)部相互抵消的原理來(lái)使傳感器得到補(bǔ)償。對(duì)于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過(guò)安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個(gè)探測(cè)元上，從而使傳感器輸出電壓信號(hào)。制造熱釋電紅外探測(cè)元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測(cè)波長(zhǎng)范圍為0.2-20um。為了對(duì)某一波長(zhǎng)范圍的紅外輻射有較高的敏度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。這種濾波片除了允許某些波長(zhǎng)范圍的紅外輻射通過(guò)外，還能將燈光、陽(yáng)光和其它紅外輻射拒之門(mén)外。
優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：本身不發(fā)任何類(lèi)型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價(jià)格低廉。
缺點(diǎn)：
◆容易受各種熱源、光源干擾
◆被動(dòng)紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。
◆環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈。
PIR管腳分配
熱釋電紅外傳感器的應(yīng)用
熱釋電紅外傳感器利用專(zhuān)用晶體材料產(chǎn)生的熱釋電效應(yīng)來(lái)檢測(cè)紅外線輻射的變化。通過(guò)檢測(cè)紅外線輻射的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)的目的。產(chǎn)品的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)榧译姟⑼婢摺⒎辣I報(bào)警、感應(yīng)門(mén)、感應(yīng)燈具、感應(yīng)開(kāi)關(guān)等。
煒盛熱釋電產(chǎn)品集合：
紅外自動(dòng)感應(yīng)燈、感應(yīng)開(kāi)關(guān)能感應(yīng)人體紅外線，人來(lái)燈亮，人離燈滅，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)照明。有采用LED做光源，最大限度節(jié)約電能；有使用電池供電無(wú)需接線，可方便地即用即放在玄關(guān)、衛(wèi)生間、走廊等需要臨時(shí)照明的場(chǎng)所。也可使用感應(yīng)開(kāi)關(guān)接駁燈具，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)照明。
感應(yīng)開(kāi)關(guān)
產(chǎn)品應(yīng)用到高性能紅外探測(cè)器，利用熱釋電紅外傳感器來(lái)檢測(cè)移動(dòng)人體的紅外輻射，只要人體在其探測(cè)范圍內(nèi)橫切走過(guò)，紅外自動(dòng)開(kāi)關(guān)就會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，啟動(dòng)負(fù)載。
防盜報(bào)警
無(wú)線智能紅外探測(cè)報(bào)警器。它使用了先進(jìn)的信號(hào)分析處理技術(shù)。當(dāng)有入侵者通過(guò)探測(cè)區(qū)域時(shí)，探測(cè)器將自動(dòng)探測(cè)區(qū)域內(nèi)人體的活動(dòng)。如有動(dòng)態(tài)移動(dòng)現(xiàn)象，它則向控制主機(jī)發(fā)送報(bào)警信號(hào)。產(chǎn)品適合家庭住宅區(qū)、樓盤(pán)別墅、廠房、商場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)、寫(xiě)字樓等場(chǎng)所的安全防范。
人來(lái)燈亮、人走燈滅是LED紅外感應(yīng)要最大的特點(diǎn)，開(kāi)關(guān)全自動(dòng)，省事，杜絕了有人開(kāi)，無(wú)人關(guān)的用電浪費(fèi)。采用高亮LED燈作為發(fā)光光源，光效高，壽命長(zhǎng)，省電率比相同亮度下的白熾燈和熒光燈高60%和40%。
感應(yīng)燈具
相比較聲光控的產(chǎn)品而言，抗干擾效果好！不會(huì)受到聲音的干擾，只感應(yīng)人體的溫度的，人來(lái)燈亮，人走燈滅，就是夏天的靈敏度會(huì)降低一點(diǎn)，環(huán)境的溫度與人體的溫度越相近，靈敏度越低！正常時(shí)感應(yīng)距離是5-8m左右！
晚上偶爾起床，燈自動(dòng)點(diǎn)亮，免除頻繁開(kāi)關(guān)電燈和強(qiáng)光刺眼。是現(xiàn)代居家不可或缺的新穎節(jié)能產(chǎn)品。
特點(diǎn)：發(fā)光效率高、使用壽命長(zhǎng)久、耗電量更低。
紅外迎賓器
“感應(yīng)”是指自動(dòng)門(mén)中的一種開(kāi)門(mén)模式。感應(yīng)門(mén)是廣泛用于商店、酒店、企事業(yè)單位等場(chǎng)所的一種玻璃門(mén)，利用熱釋電紅外人體感應(yīng)傳感器特性，當(dāng)有人靠近門(mén)口時(shí)，它會(huì)自動(dòng)感應(yīng)到人體，發(fā)出指令及時(shí)將門(mén)打開(kāi)。
熱釋電紅外傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用
物聯(lián)網(wǎng)是把所有物品通過(guò)射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)的技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理，是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)革命。文章首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)的定義內(nèi)涵、基本特征及研究現(xiàn)狀，然后探討了物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一傳感器技術(shù)；接著闡述了紅外傳感器結(jié)構(gòu)、原理及特點(diǎn)，最后對(duì)紅外傳感器在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行了初步探索，指出其廣闊的應(yīng)用前景。
紅外傳感器的結(jié)構(gòu)原理與特點(diǎn)
紅外傳感器是將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電能的一種光敏元件，根據(jù)具體工作原理的不同，可分為光子型和熱釋電型兩種。熱釋電紅外傳感器是利用紅外輻射的熱效應(yīng)引起元件本身的溫度變化來(lái)實(shí)現(xiàn)某些參數(shù)的檢測(cè)的，其探測(cè)率、響應(yīng)速度都不如光子型傳感器。但由于其可在室溫下使用，靈敏度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，所以應(yīng)用領(lǐng)域很廣［5］。利用鐵電體熱釋電效應(yīng)的熱釋電型紅外傳感器靈敏度很高，獲得了廣泛應(yīng)用。
熱釋電效應(yīng)某些絕緣物質(zhì)受熱時(shí)，隨著溫度的上升，在晶體兩端將會(huì)產(chǎn)生數(shù)量相等而符號(hào)相反的電荷。這種由于熱變化而產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象稱(chēng)為熱釋電效應(yīng)。熱釋電效應(yīng)在近十年被用于熱釋電紅外傳感器中。能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的晶體稱(chēng)為熱釋電體，又稱(chēng)為熱電元件。熱電元件常用的材料有單晶、壓電陶瓷及高分子薄膜等。
熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)熱釋電紅外傳感器由以下四個(gè)主要部分構(gòu)成：①構(gòu)成電路的鋁基板、場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）；②具有熱釋電效應(yīng)的陶瓷材料；③限制入射紅外波長(zhǎng)的窗口材料；④外殼TO—5型管帽和管座。
由于熱釋電紅外傳感器中電容的電流發(fā)生器輸出阻抗高，且輸出電壓信號(hào)又極其微弱，故在管內(nèi)的敏感轉(zhuǎn)換元件FET上加一層黑色氧化膜以提高其轉(zhuǎn)換效率。其等效電路如圖2所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)一個(gè)放大器及厚膜電阻，以達(dá)到阻抗變換的目的。在管殼的頂部設(shè)有濾光鏡（TO一5封裝），而樹(shù)脂封裝的則設(shè)在側(cè)面。
紅外組合件的構(gòu)造由于探測(cè)器元件單獨(dú)使用時(shí)，存在著探測(cè)距離較短、獲得的信號(hào)后續(xù)電路不易處理的不足，所以目前多選用紅外組合件來(lái)探測(cè)。紅外組合件由熱釋電紅外傳感器、透鏡、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路和密封管殼構(gòu)成［6］。透鏡可以擴(kuò)大探測(cè)范圍，提高測(cè)量的靈敏度；測(cè)量轉(zhuǎn)換電路可以完成濾波、放大等信號(hào)處理過(guò)程；密封管殼能防止因外界噪聲引起的錯(cuò)誤動(dòng)作。這種組合件體積小、成本低、功能多樣，所以應(yīng)用廣泛。
濾光鏡材料在熱釋電紅外傳感器的窗口上裝有不同材料的濾光鏡，阻止不需要的紅外線進(jìn)入傳感器。一般熱釋電紅外傳感器在0．2～20um光譜范圍內(nèi)的靈敏度比較好，不受可見(jiàn)光影響。由于不同的檢測(cè)要求（如醫(yī)學(xué)或氣體成分分析等）光譜響應(yīng)范圍不同，因此可選擇不同材料的濾光鏡使其滿(mǎn)足不同場(chǎng)合需求。
熱釋電紅外傳感器使用時(shí)，一般前級(jí)需要先用菲涅爾透鏡濾光，后級(jí)接帶通放大器，放大器的中心頻率一般取1．2Hz左右，放大器帶寬對(duì)靈敏度、可靠性的影響比較大。使用時(shí)要根據(jù)具體要求來(lái)合理選擇。
物聯(lián)網(wǎng)中可以大量使用紅外傳感器（也叫紅外感應(yīng)器）來(lái)實(shí)現(xiàn)物體信息的獲取，盡管目前尚未研發(fā)生產(chǎn)出成熟的產(chǎn)品，但是紅外傳感器已經(jīng)有很多成熟的應(yīng)用領(lǐng)域，可以借鑒。以熱釋電紅外傳感器為核心構(gòu)成的熱釋電紅外開(kāi)關(guān)，在民用領(lǐng)域可作為蜂鳴器、白熾燈、烘干機(jī)、自動(dòng)門(mén)、和自動(dòng)洗手池等裝置的自動(dòng)感應(yīng)開(kāi)關(guān)，特別適用于工礦企業(yè)、高檔酒店、大型商場(chǎng)等區(qū)域。
此外，熱釋電紅外傳感器還可用于遙感、制導(dǎo)、夜視、主動(dòng)雷達(dá)、熱成像、氣體分析、輻射計(jì)、測(cè)溫等軍事和工業(yè)場(chǎng)合。比如在2008年5．12汶川特大地震救援過(guò)程中，就使用了紅外傳感器實(shí)現(xiàn)無(wú)光條件下（夜間和陰雨天）災(zāi)區(qū)照片的拍攝，為救援工作提供了幫助。紅外傳感器價(jià)格經(jīng)濟(jì)、測(cè)量電路簡(jiǎn)單、常溫下可使用、非接觸式測(cè)量、精度較高等優(yōu)點(diǎn)決定了其在物聯(lián)網(wǎng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。
在物聯(lián)網(wǎng)中可以使用紅外傳感器獲取物品信息，使用電子標(biāo)簽記錄、實(shí)現(xiàn)物品的精確定位。比如用紅外傳感器檢測(cè)超市貨架是否具有足夠的商品待售，當(dāng)檢測(cè)到貨物不足時(shí)，通過(guò)后續(xù)信號(hào)處理、濾波、放大，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器提醒超市工作人員及時(shí)補(bǔ)貨。
特別是在物聯(lián)網(wǎng)消費(fèi)電子電器產(chǎn)品中，熱釋電紅外傳感器具有極其廣泛的應(yīng)用前景。目前用得最多的是檢測(cè)物品有無(wú)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。紅外傳感器已廣泛用于防盜報(bào)警系統(tǒng)中，市場(chǎng)上有成熟的商品。一個(gè)典型的周界入侵檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)本身就是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)在安全方面的應(yīng)用，比如上海浦東機(jī)場(chǎng)入侵檢測(cè)系統(tǒng)，就是一個(gè)小型的物聯(lián)網(wǎng)，其中使用了大量的紅外傳感器，作為智能節(jié)點(diǎn)，獲取周邊信息，與其他類(lèi)型傳感器采集得到的信息一起準(zhǔn)確及時(shí)地提供給中央處理系統(tǒng)進(jìn)行信息融合，作為自動(dòng)控制決策的依據(jù)。國(guó)外已有把安裝在售貨機(jī)上，當(dāng)有人接近時(shí)，機(jī)器可以說(shuō)話(huà)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)銷(xiāo)售，我們也可以借鑒應(yīng)用。再比如可以把紅外傳感器安裝在工廠危險(xiǎn)性機(jī)械系統(tǒng)上，能夠進(jìn)行非接觸測(cè)量，當(dāng)超過(guò)預(yù)定的安全距離時(shí)給出警示，防止人太靠近造成危險(xiǎn)，保護(hù)工人健康、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，節(jié)約生產(chǎn)成本。
小結(jié)
近年來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的研究與發(fā)展引起了人們的廣泛關(guān)注，國(guó)內(nèi)外政府和企業(yè)都積極采取行動(dòng)參與物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建，廣大學(xué)者也對(duì)物聯(lián)網(wǎng)展開(kāi)深入研究，國(guó)內(nèi)不少高校先后申報(bào)了物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)，培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)方面的人才，這將對(duì)未來(lái)全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。與此同時(shí)，熱釋電紅外傳感器的銷(xiāo)量近幾年也是每年增長(zhǎng)30％以上。國(guó)內(nèi)外廠家正在不斷開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品以滿(mǎn)足未來(lái)的市場(chǎng)需求。可以預(yù)見(jiàn)，紅外傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
結(jié)語(yǔ)
關(guān)于熱釋電紅外傳感器的相關(guān)介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。