热释电器件的工作原理是什么？

热释电器件的工作原理是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。当元件接收辐射，引起非电量的物理变化时，可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。

某些晶体，例如钽酸锂、硫酸三甘肽等受热时，晶体两端会产生数量相等、符号相反的电荷。1842年布鲁斯特将这种由温度变化引起的电极化现象正式命名为“pyroelectric”，即热释电效应。

红外热释电传感器就是基于热释电效应工作的热电型红外传感器其结构简单坚固，技术性能稳定，被广泛应用于红外检测报警、红外遥控、光谱分析等领域，是目前使用最广的红外传感器。

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，使特定波长的红外辐射选择性地通过，到达热释电探测元+在其截止范围外的红外辐射则不能通过。

热释电探测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。

扩展资料

热释电对射管的驱动分为电平型和脉冲型两种驱动方式。由热释电对射管阵列组成分离型光电传感器。该传感器的创新点在于能够抵抗外界的强光干扰。

太阳光中含有对热释电接收管产生干扰的热释电，该光线能够将热释电接收二极管导通，使系统产生误判，甚至导致整个系统瘫痪。本传感器的优点在于能够设置多点采集，对射管阵列的间距和阵列数量可根据需求选取。

热释电技术在测速系统中已经得到了广泛应用，许多产品已运用热释电技术能够实现车辆测速、探测等研究。热释电应用速度测量领域时，最难克服的是受强太阳光等多种含有热释电的光源干扰。外界光源的干扰成为热释电应用于野外的瓶颈。

参考资料来源：百度百科-热释电传感器

热释电红外传感器的原理特性热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用因而需要用电阻将其转换为电压形式该电阻阻抗高达104MΩ，故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。图1是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时D端接电源正极，G端接电源负极，S端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0．2～20μm。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。3被动式红外报警器的结构原理3．1结构被动式红外报警器主要由光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大、信号处理和报警电路等几部分组成。其结构框图如图2所示。图中，菲涅尔透镜可以将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外探测元上，同时也产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电探测元要求信号不断变化的特性；热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件，它可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用；信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，为报警功能的实现打下基础。图3所示的是将待测目标、菲涅尔透镜、热释电红外传感器相结合使用时的工作原理示意图。3．2工作原理在该探测技术中，所谓“被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量变化来完成探测目的。被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化，并能使监控报警器产生报警信号，从而完成报警功能。图4所示是该报警器的工作电路原理图。当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时，电路中的传感器将输出电压信号，然后使该信号先通过一个由C1、C2、R1、R2组成的带通滤波器，该滤波器的上限截止频率为16Hz，下限截止频率为0．16Hz。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱（通常仅有1mV左右），而且是一个变化的信号，同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式（脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定，通常为0．1～10Hz左右），所以应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大。本设计运用集成运算放大器LM324来进行两级放大，以使其获得足够的增益。当传感器探测到人体辐射的红外线信号并经放大后送给窗口比较器时，若信号幅度超过窗口比较器的上下限，系统将输出高电平信号；无异常情况时则输出低电平信号。在该比较器中，R9、R10、R11用做参考电压，两个运算放大器用做比较，两个二极管的主要作用是使输出更稳定。窗口比较器的上下限电压即参考电压分别为3．8V和1．2V。将这个高低电平变化的信号上升沿信号作为单稳电路HEF4538B的触发信号，并让其输出一个脉宽大约为10s的高电平信号。再用这一脉宽信号作为报警电路KD9561的输入控制信号，来使电路产生10s的报警信号，最后用三极管VT1和VT2再一次对电信号进行放大，以便有足够大的电流来驱动喇叭使其连续发出10s的报警声。4结束语用热释电红外传感器设计的监控报警系统具有结构简单、成本低等优点。经过多次测试，该系统工作情况稳定。图4热释电红外报警器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系。正确的安装应满足下列条件：（1）报警器应离地面2.0～2.2米。（2）报警器应远离空调、冰箱、火炉等空气、温度变化比较敏感的地方。（3）报警器探测范围内不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。（4）报警器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的话最好把窗帘拉上。另外，报警器也不要安装在有强气流活动的地方。热释电红外控制开关本例介绍一款采用热释电红外传感器(一种由高热电系数材料、阻抗匹配用场效应晶体管的滤光镜片等组成的新型敏感元件)和专用集成电路制作的热释电红外线控制开关，它在检测到人体发射的红外传感器信号后接通，使负载(报警器或照明灯、排风扇等)通电工作。电路工作原理该热释电红外控制开关电路由热释红外传感器(PIR)、热释电红外控制电路、光控电路和控制执行电路组成，如图3-66所示。热释电红外控制电路由集成电路lC(SS0001)和电阻器RZ-R9、电容器Cl-C8组成。SS0001是热释电红外控制专用集成电路，其内部由输入放大器、双向限幅器、状态控制器、延时定时器、锁存定时器和基准电源等电路组成，如图3-67所示。光控电路由光敏电阻器RG、电阻器Rl和IC第9脚内电路组成。控制执行电路由电阻器RlO、晶体管V、二极管VD和继电器K组成。热释电红外传感器应与非涅尔透镜配合使用，才能提高其灵敏度。在热释电红外传感器未检测到人体红外线信号时，IC的2脚输出低电平，V处于截止状态，K不吸合，负载电路不工作。当有人在热释电红外传感器的有效检测区域内活动时，热释电红外传感器将接收到人体发出的红外信号，并将其转变成微弱的脉冲电压信号，此电压信号经lC内电路放大、鉴幅处理及定时控制后，从2脚输出控制高电平，使V导通，K吸合，负载电路通电工作。在白天，光敏电阻器RG受光照射而呈低阻状态，IC的9脚(触发禁止端)被锁定为低电平，使IC的2脚恒定输出低电平。夜晚，RG因无光照射而呈高阻状态，IC的g脚恢复为高电平，热释电红外控制开关又迸人警戒状态。若想该热释电红外控制开关白天、晚上均工作，可将RG去掉或在Rl两端并接一只小开关。元器件选择Rl-RlO选用1/4W碳膜电阻器或金属膜电阻器。RG选用亮阻小于2OkΩ、暗阻大于2MΩ的光敏电阻器。Cl、C2和C6均选用耐压值为16V的铝电解电容器;C3-C5、C7和C8均选用独石电容器或涤纶电容器。VD选用IN4007型硅整流二极管。V选用S9013或C8050、58050、3DG8050型硅NPN晶体管。IC选用SS0001或BISS0001型热释电红外传感控制集成电路。热释电红外传感器可选用AMNl或陀28、SDO2等型号，配用Q-lA或CE-024型菲涅尔透镜。K选用4098型直流继电器

可以检测人体发出的红外线信号，并将其转换成电信号输出。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波长的红外线通过，而其它波长的红外线被滤除，这样便提高了抗干扰能力。

工作时，若有人靠近自动门，热释电红外传感器便会接收到人体发出的9～10μm的红外线信号，并输出相应的电信号送至模块上的放大电路处理，该信号经放大、整形等处理后驱动电机及机械装置使门自动打开。

热释电红外传感器的结构

热释电红外传感器由滤光片、热释电探测元和前置放大器组成，补偿型热释电传感器还带有温度补偿元件，图所示为热释电传感器的内部结构。为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营内。

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，使特定波长的红外辐射选择性地通过，到达热释电探测元+在其截止范围外的红外辐射则不能通过。

人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.62～0.76μm；紫光的波长范围为0.38～0.46μm。比紫光光波长更短的光叫紫外线，比红光波长更长的光叫红外线最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件，红外传感器就是其中的一种。随着现代科学技术的发展，红外线传感器的应用已经非常广泛，下面结合几个实例，简单介绍一下红外线传感器的应用。人体热释电红外传感器和应用介绍被动式热释电红外探头的工作原理及特性：一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号。1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲尼尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。4)一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。5)菲尼尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。

热释电器件主要应用在红外光谱段内，对红外光敏感。
热释电敏感元件有极化性质。当表面温度不变时，元件表面的电荷被中和，极化性质不会表现出来，我们就当它是没有电荷吧。当温度变化时，元件表面出现电荷，来不及被空气中电荷中和，表面出现电荷积累，表现出电学性质。
因此其工作关键就是‘温度变化’，抑或红外强度变化。
我们把红外线进行处理，使之满足以上性质。具体请查询“菲涅尔透镜”百度百科。

正在做热释电考试的准备，查资料的时候看到你的问题，希望对你有帮助，哈哈