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热释电红外传感器的原理与应用

热电型(热释)红外传感器原理

红外线传感器的分类

红外线传感器依动作可分为:

(1)将红外线一部份变换为热,藉热取出电阻值变化及电动势等输出信号之热型。

(2) 利用半导体迁徙现象吸收能量差之光电效果及利用因PN 接合之光电动势效果的量子型。

热型的现象俗称为焦热效应,其中最具代表性者有测辐射热器 (Thermal Bolometer),热电堆(Thermopile)及热电(Pyroelectric)元件。热型及量子型的一般特征如表1 所示,在此仅就热型之热电型红外线传感器加以说明。也叫热释红外线传感器.

优点

缺点

热型

常温动作

波长依存性(波长不同

感度有很大之变化者)

并不存在

便宜

感度低

响应慢(mS 之谱)

量子型

感度高

响应快速(μS 之谱)

必须冷却(液体氮气)

有波长依存性

价格偏高

表1 红外线热型、量子型比较

此传感器特别是利用远红外线范围的感度做为人体检出用,如图1所示红外线的波长比可见光长而比电波短。红外线让人觉得只由热的物体放射出来,可是事实上不是如此,凡是存在于自然界的物体,如人类、火、冰等等全部都会射出红外线,只是其波长因其物体的温度而有差异而已。例如图1 中,人体的体温约为36~37℃,所放射出峰值为9~10μm的远红外线,另外加热至400~700℃的物体,可放射出峰值为3~5μm 的中间红外线。

图1 温度不同红外线波长的差异

红外线传感器系可以检出这些物体所发射之各种红外线(温度)的感知器。

热电型红外线传感器特征

热电型红外线传感器系利用热电效果,其材料则使用强介质陶瓷体 (Dielectric Ceramic),钽酸锂(LiTaO3)等单结晶及PVDF 等有机材料,

热释电红外线传感器具有下列几项特征:

(1) 由于系检知从物体放射出出来的红外线,所以不必直接接触就能够感知物体表面的温度,故人体检知以及移动中物体的温度当然均能以非接触之方式测得。

(2) 热电型红外线传感器系接受检知对象物所发出的红外线,因此是被动型[请参照图2(a)],由于不是图(b)所示的主动型,所以并不需要校对投光器、受光器之光轴等烦琐的作业。

(a)被动型 (b)主动型

图2人体检知的方法

(3) 热电效果系温度变化而产生的,这将在稍后说明之,因此只接受因温度变化之能量(Energy),而热电型红外线传感器将电压微分而输出之。

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