1.熱釋電紅外傳感器的原理特性
熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱電偶,其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成,其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾該傳感器在工藝上將兩個(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動(dòng)平衡電路方式,因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場效應(yīng)管的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)換為電壓形式該電阻阻抗高達(dá)104MΩ,故引入的N溝道結(jié)型場效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式即源極跟隨器來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應(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元。由于加電極化的電壓是有極性的,因此極化后的探測元也是有正、負(fù)極性的。
2.被動(dòng)式熱釋電紅外傳感器的工作原理與特性
人體都有恒定的體溫,一般在37度,所以會(huì)發(fā)出特定波長10UM左右的紅外線,被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10UM左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10UM左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件,這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡,向外釋放電荷,后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
1)這種探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的。所以熱釋電元件對(duì)波長為10UM左右的紅外輻射必須非常敏感。
2)為了僅僅對(duì)人體的紅外輻射敏感,在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片,使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。
3)被動(dòng)紅外探頭,其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反,環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用,使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消,于是探測器無信號(hào)輸出。
4)一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi),人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦,并被熱釋電元接收,但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同,熱釋電也不同,不能抵消,經(jīng)信號(hào)處理而報(bào)警。
5)菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同,具有不同的焦距(感應(yīng)距離),從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場,視場越多,控制越嚴(yán)密。
被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點(diǎn):
優(yōu)點(diǎn):
本身不發(fā)任何類型的輻射,器件功耗很小,隱蔽性好。價(jià)格低廉。
缺點(diǎn):
1、容易受各種熱源、光源干擾
2、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。
3、易受射頻輻射的干擾。
4、環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí),探測和靈敏度明顯下降,有時(shí)造成短時(shí)失靈。
抗干擾性能:
1、防小動(dòng)物干擾
探測器安裝在推薦地使用高度,對(duì)探測范圍內(nèi)地面上地小動(dòng)物,一般不產(chǎn)生報(bào)警。
2、抗電磁干擾
探測器的抗電磁波干擾性能符合GB10408中4.6.1要求,一般手機(jī)電磁干擾不會(huì)引起誤報(bào)。
3、抗燈光干擾
探測器在正常靈敏度的范圍內(nèi),受3米外H4鹵素?zé)敉高^玻璃照射,不產(chǎn)生報(bào)警。
紅外線熱釋電傳感器的安裝要求:
紅外線熱釋電人體傳感器只能安裝在室內(nèi),其誤報(bào)率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系。正確的安裝應(yīng)滿足下列條件:
1、紅外線熱釋電傳感器應(yīng)離地面2.0-2.2米。
2、紅外線熱釋電傳感器遠(yuǎn)離空調(diào), 冰箱,火爐等空氣溫度變化敏感的地方。
3、紅外線熱釋電傳感器探測范圍內(nèi)不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。
4、紅外線熱釋電傳感器不要直對(duì)窗口,否則窗外的熱氣流擾動(dòng)和人員走動(dòng)會(huì)引起誤報(bào),有條件的最好把窗簾拉上。紅外線熱釋電傳感器也不要安裝在有強(qiáng)氣流活動(dòng)的地方。
紅外線熱釋電傳感器對(duì)人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對(duì)于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感, 而對(duì)于橫切方向 (即與半徑垂直的方向)移動(dòng)則最為敏感. 在現(xiàn)場選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報(bào)、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環(huán)。
3.熱釋電效應(yīng)
當(dāng)一些晶體受熱時(shí),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,這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象,被稱為熱釋電效應(yīng)。通常,晶體自發(fā)極化所產(chǎn)生的束縛電荷被來自空氣中附著在晶體表面的自由電子所中和,其自發(fā)極化電矩不能表現(xiàn)出來。當(dāng)溫度變化時(shí),晶體結(jié)構(gòu)中的正負(fù)電荷重心相對(duì)移位,自發(fā)極化發(fā)生變化,晶體表面就會(huì)產(chǎn)生電荷耗盡,電荷耗盡的狀況正比于極化程度。
能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的晶體稱之為熱釋電體或熱釋電元件,其常用的材料有單(LiTaO3 等)、壓電陶瓷(PZT等)及高分子薄膜(PVFZ等)。
根據(jù)菲涅耳原理制成,把紅外光線分成可見區(qū)和盲區(qū),同時(shí)又有聚焦的作用,使熱釋電人體紅外傳感器 (PIR) 靈敏度大大增加。菲涅耳透鏡折射式和反射式兩種形式,其作用一是聚焦作用,將熱釋的紅外信號(hào)折射(反射)在PIR上;二是將檢測區(qū)內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū),使進(jìn)入檢測區(qū)的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號(hào),這樣PIR就能產(chǎn)生變化電信號(hào)。
如果我們?cè)跓犭娫由线m當(dāng)?shù)碾娮?,?dāng)元件受熱時(shí),電阻上就有電流流過,在兩端得到電壓信號(hào)。
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