热释电传感器工作原理
热释电晶片表面必须罩上一块由一组 平行的棱柱型透镜所组成菲涅尔透镜，每一 透镜单元都只有一个不大的视场角，当人体 在透镜的监视视野范围中运动时，顺次地进 入第一、第二单元透镜的视场，晶片上的两 个反向串联的热释电单元将输出一串交变脉 冲信号。当然，如果人体静止不动地站在热 释电元件前面，它是“视而不见”的。
E
黑色膜 电极
0 0
电介质
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － － － －
＋
（a）一般电介质
（b）铁电体
电介质的极化与热释电

电介质的极化矢量与所加电场的关系


“铁电体”的极化强度（单位面积上的电荷）与温度有关。当红外辐射照 射到已经极化的铁电体薄片表面上时引起薄片温度升高，使其极化强度降低， 表面电荷减少，这相当于释放一部分电荷，所以叫做热释电型传感器。 如果红外辐射继续照射，使铁电薄片的温度升高到新的平衡值，表面电荷也就 达到新的平衡浓度，不再释放电荷，也就不再有输出信号。 如果将负载电阻与铁电体薄片相连，则负载电阻上便产生一个电信号输出。 输出信号的强弱取决于薄片温度变化的快慢，从而反映出入射的红外辐射的强 弱，热释电型红外传感器的电压响应率正比于入射光辐射率变化的速率。
透射率 / (%)
C2 H2
透射率 / (%)
C2 H6
透射率 / (%)
C2 H4
10 11 12 13 14 15
几种气体对红外线的透射光谱
第12章 辐射式传感器 12.1 红外线传感 器
传感器原理及应用
抛物体反射镜 光源 切光片
如CO气体和CO2在4～5 μ m波段 内红外吸收光谱有部分重叠，则 CO2的存在对分析CO气体带来影 响，这种影响称为干扰。为此在 测量边和参比边各设置了一个封
（7）信号处理系统：将探测的信号进行放大、滤波，并从中 提取出有用的信息。然后将这些信息转化为适当的格式， 传送到控制设备或者显示器中。
（8）显示设备：它是红外传感系统的终端设备，常用的有示 波器、显像管、红外感光材料、指示仪器和记录仪等。
红外传感器的应用
1. 红外测温仪
红外测温仪是利用热辐射体在红外波段的辐射通量来测量温度的。 当物体的 温度低于1000℃时，它向外辐射的不再是可见光而是红外光了，可用红外探 测器检测其温度。

图中的光学系统是一个固定焦距的透视系统，滤光片一般采用只 允许8~14um的红外辐射能通过的材料。步进电机带动调制盘转 动，将被测的红外辐射调制成交变的红外辐射射线。红外探测器 一般为热释电探测器，透镜的焦点落在其光敏面上。被测目标的 红外通过透镜聚焦在红外探测器上，红外探测器将红外辐射变换 为电信号输出。
检测技术
第10章 辐射与波式传感器
典型的红外传感系统
（5）红外探测器：它是红外传感系统的核心，利用红外辐射 与物质相互作用所呈现出来的物理效应探测红外辐射， 按照工作原理分为光敏探测器和热敏探测器两类。 （6）探测器制冷器：由于某些探测器必须要在低温下工作， 所以相应的系统必须有制冷设备。经过制冷，探测器可 以缩短响应时间，提高灵敏度。

光子探测器只要采用光电传感器，分为光电管、 光敏电阻、光敏晶体管、光电伏特元件等几类。
飞利浦新开发的光子探测器

光子探测器的主要特点是灵敏度高，响应速度快， 具有较高的响应频率，但探测波段较窄，一般在 低温下工作。
检测技术
第10章 辐射与波式传感器
10.1 红外传感器
以红外线为测量介质的系统称为红外传感系统，按照 功能可以分成五类： （1）温度计和辐射计，用于温度、辐射和光谱测量； （2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定 其空间位置并对它的运动进行跟踪； （3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像； （4）红外测距和通信系统； （5）混合系统，由以上各类系统中的两个或者多个组合 而成。
1. 热探测器 热探测器的工作机理是：利用红外辐射的热效应，探测器的 敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使某些有关物理参 数发生相应变化，通过测量物理参数的变化来确定探测器所吸 收的红外辐射。
特点：热探测器主要优点是响应波段宽， 响应范围可扩展
到整个红外区域，可以在常温下工作，使用方便， 应用相当广
10.2 红外传感器
10.2.1 工作原理 红外辐射
红外辐射俗称红外线，它是一种不可见光， 由于是位于可见光中红色 光以外的光线，故称红外线。它的波长范围大致在0.76～1000 μm。 工程上 又把红外线所占据的波段分为四部分， 即近红外、中红外、 远红外和极远 红外。红外 区通常分为近红外 0.73~1.5um、中红外1.5~10um和远红外
红外线辐射温度计外形
激光仅 用于瞄准
红外线辐射温度计外形
红外线辐射温度计用于食品 温度测量
红外线辐射温度计 在非接触体温测量中的应用
耳温仪
红外线辐射温度计用于人体额温测量
悬挂式自动扫描红外人体温度检测仪
红外线辐射温度计在非 接触温度测量中的应用
集成IC 温度 测量
红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用（续）
调制成脉冲状的红外线，以便于红外探测器检测。测量气室中通入被分 析气体，参与气室中封入不吸收红外线的气体。
10um以上，300um以上的区域又称为“亚毫米波”
电磁波谱图
红外辐射

红外辐射本质上是一种热辐射。任何物体，只要它的温度 高于绝对零度（－273℃），就会向外部空间以红外线的方 式辐射能量，一个物体向外辐射的能量大部分是通过红外 线辐射这种形式来实现的。物体的温度越高，辐射出来的 红外线越多，辐射的能量就越强。另一方面，红外线被物 体吸收后可以转化成热能。
红外线具有很强的吸收能力，CO2 气体则发生在2.78 μm和4.26
μm附近以及波长大于13 μm的范围对红外线有较强的吸收能力。
如分析CO气体，则可以利用4.26 μm附近的吸收波段进行分析。
1 00 80 60 CO 40 20 0 1 00 80 60 CO2 40 20 0 1 00 80 60 CH4 40 20 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 3 4 5 6 7 8 9 / m / m
是静止着还是走动着。
上 下 范 围
问题思考：自动门如何探测人的靠近？
2. 光子探测器
光子探测器的工作机理是：利用入射光辐射的光子流与探
测器材料中的电子互相作用，从而改变电子的能量状态，引起
光子效应。
根据光子效应制成的பைடு நூலகம்外探测器称为光子探测器。
通过光子探测器测量材料电子性质的变化，可以确定红外
辐射的强弱。
被分析 的气体
同 步 机 滤波气室 参比室 滤波气室 测量室
有干扰气体的滤波气室，它能将 与CO2气体对应的红外线吸收波 段的能量全部吸收，因此左右两
薄膜
定片 红外探测器
边吸收气室的红外能量之差只与
被测气体（如CO）的浓度有关。
放大器
•光源由镍铬丝通电加热发出3~10um的红外线，切光片将连续的红外线
16.1.2 红外辐射探测器
主要有两大类型： 热探测器和光子探测器。 1）热探测器（热电型） 有：热释电、热敏电阻、热电偶等； 2）光子探测器（量子型），利用某些半导体材料 在红外辐射的照射下产生光电子效应，材料电 学性质发生变化； 有:光敏电阻、光电管、光电池等。 量子型光子探测器与光电传感器原理相同， 本节主要介绍热电型红外探测器。
热释电传感器应用
热释电传感器用于自动
亮灯，当然也可以用于防
盗。如果人体静止不动地 站在热释电元件前面，它 是“视而不见”的。
热释电传感器的感 应范围
热释电感应灯
热释电传 感器
2013-6-7
20
自动感应灯
（参考施特朗公司资料）
2013-6-7
21
热释电传感器在智能空调中的应用
智能空调能检测 左右范围 出屋内是否有人，微 空调中，热释电传感器的菲涅尔 处理器据此自动调节 空调的出风量，以达 透镜做成球形状，从而能感受到屋内 一定空间角范围里是否有人，以及人 到节能的目的。
泛。但与光子探测器相比，热探测器的探测率比光子探测器的
峰值探测率低，响应时间长。
热探测器主要有四类：热释电型、热敏电阻型、热电阻型 和气体型。其中，热释电型探测器在热探测器中探测率最高，
频率响应最宽，所以这种探测器倍受重视，发展很快。这里我
们主要介绍热释电型探测器。
红外光 －
＋ ＋ ＋
Ps
E
Ps

红外线作为电磁波的一种形式，红外辐射和所有的电磁 波一样，是以波的形式在空间直线传播的，具有电磁波的 一般特性，如反射、折射、散射、干涉和吸收等。红外线 在真空中传播的速度等于波的频率与波长的乘积 。
16.1 红外探测器 红外传感器一般由光学系统、 探测器、信号调理电路及显 示单元等组成。
红外探测器是红外传感器的核心。红外探测器是利用红外
辐射与物质相互作用所呈现的物理效应来探测红外辐射的。红
外探测器的种类很多，按探测机理的不同，分为热探测器和光
子探测器两大类。
16.1
红外传感器
按应用可分为： • 红外辐射测量 • 热成像遥感技术 • 红外搜索、跟踪目标、确定位置 • 通讯、测距等。 两部分组成： 1）红外辐射源 有红外辐射的物体就可以视为红外辐射源 2）红外探测器 能将红外辐射能转换为电能的热敏和光敏器件。
热释电红外传感器的结构及内部电路
可以用于以下各种实用电路中： 1.“有电，危险”安全警示电路 用于有电的场合，当有人进入这些场合 时，通过发出语音和声光提醒人们注意安全。 2.自动门 主要用于银行、宾馆。当有人来到时，大门自动打开，；人 离开后又自动关闭。 3.红外线防盗报警器 用于银行、办公楼、家庭等场合的防盗报警。 4.高速公路车辆车流计数器 5.自动开、关的照明灯，人体接近自动开关等。