7.2热释电红外传感器在报警电路中的应用（课件）-《传感器与检测技术》同步教学（江苏凤凰教育出版社）

任务一 光电式传感器在转速检测中的应用 项目七 光电式传感器的应用 任务二 热释电红外传感器在报警电路中的应用 　　1.能识别各类光电式传感器。 　　2.能根据任务要求，正确安装光电式传感器。 　　3.正确完成光电式传感器测量转速的电路接线。 　　4.正确测量转速并且读数正确。 学习重点 项目七 光电式传感器的应用 　　红外辐射简称红外线，是太阳光谱的一部分。红外辐射的物理本质是热辐射。自然界中的任何物体，只要温度在绝对零度（-273℃）以上，都有红外线向周围空间辐射，是光谱中最大光热效应区。红外光是一种不可见光，从图的电磁波谱可以看出其波长范围大致在0.75～1000μm。工程上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。 一、 红外辐射 任务二 热释电红外传感器在报警电路中的应用 　　电磁波谱 一、 红外辐射 任务二 热释电红外传感器在报警电路中的应用 　　遥感探测 一、 红外辐射 任务二 热释电红外传感器在报警电路中的应用 　　与所有电磁波一样，红外线具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。红外线在真空中的传播速度为3×108 m/s。红外线在介质中传播会产生衰减，尤其在金属中传播衰减很大，所以一般金属基本不能透过红外线，但红外辐射能透过大部分半导体和一些塑料。大部分液体对红外辐射吸收特别大。气体对红外辐射也有不同程度的吸收，如大气层对不同波长的红外线存在不同的吸收带，红外线在通过大气层时，有三个波段透过率高，它们是2～2.6μm、3～5μm和8～14μm，统称它们为“大气窗口”。这三个波段对红外探测技术特别重要，因此红外探测器(如遥感探测)一般都工作在这三个波段（大气窗口）之内。 　　实践证明，温度越高的物体，辐射的红外线波长越短。由此在应用中根据需要有选择地接收某一范围的波长，就可以达到测量的目的。 一、 红外辐射 任务二 热释电红外传感器在报警电路中的应用 6 　　红外传感器按探测机理可以分为热探测型（基于热效应）和光子探测型（基于光电效应）两大类。 　　①热探测型对入射的各种波长的辐射能量全部吸收。它是一种对红外光波无选择的红外传感器。其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。 　　②光子探测型常用的光子效应有外光电效应、内光电效应、光生伏特效应和光电磁效应。 二、红外传感器的分类 任务二 热释电红外传感器在报警电路中的应用 　　热探测器对红外辐射的响应时间比光电探测器的响应时间要长得多。前者的响应时间一般在ms以上，而后者只有ns量级。但是热探测型不需要冷却，光子探测型多数要冷却，所以两种类型的红外传感器各有优缺点。实际应用中使用较广泛的是热释电红外传感器。 二、红外传感器的分类 任务二 热释电红外传感器在报警电路中的应用 　　1.热释电效应 　　某些被称为“铁电体”的电介质材料，如钛锆酸铅、硫酸三甘钛、钽酸锂等，受到热辐射后温度升高，在两端将会产生数量相等而符号相反的电荷。这种由于热变化而产生的电极化现象称为热释电效应。具有热释电效应的元件称为热释电元件。热释电元件因温度变化而产生的电荷通过放大器放大后就成了一种控制信号，利用这一原理制成的红外传感器称为热释电红外传感器。 三、热释电红外传感器 任务二 热释电红外传感器在报警电路中的应用 　　2.热释电红外传感器 　　热释电红外传感器由敏感元件、滤光窗和场效应晶体管三大部分组成，如图所示。 热释电红外传感器的结构和外形 三、热释电红外传感器 任务二 热释电红外传感器在报警电路中的应用 　　（1）敏感元件 　　对不同的传感器来说，敏感元件的制造材料有所不同。如有的热释电红外传感器的敏感元件由锆钛酸铅制成；有的则是由钽酸锂制成。将这些材料做成很薄的薄片，每一片薄片相对的两面各引出一根电极，在电极两端则形成一个等效的小电容。因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的，因此形成的等效小电容能自身产生极化，在电容的两端产生极性相反的正、负电荷。 　　传感器中两个电容是极性相反串联的，如图所示。 三、热释电红外传感器 任务二 热释电红外传感器在报警电路中的应用 　　热释电红外传感器等效电路 三、热释电红外传感器 任务二 热释电红外传感器在报警电路中的应用 　　当人体静止在传感器的检测区域内时，照射到两个电容上的红外线光能能量相等，且达到平衡，极性相反、能量相等的光电流在回路中相互抵消，传感器没有信号输出。 　　当人体在传感器的检测区域内移动时，照射到两个电容上的红外线能量不相等，光电流在回路中不能相互抵消，传感器有信号输出。综上所述