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热释电红外传感器工作原理与特性

2014-04-28 展誉传感 735

红外线传感器是将红外辐射能转换成电能的一种光敏元件,红外传感器可用于湿度检测、无损探伤、气体分析、热象检测、红外遥感、以及军事目标的侦察、搜索、跟踪和通信等方面,红外技术在测量技术、遥感技术和空间科学占有重要地位。

根据红外传感器的工作原理,可分为热型和量子型两类。热型红外传感器也称热释电红外传感器(P I R)或被动型红外传感器,红外辐射的物理本质是热辐射,它是由于物体(固体、液体和气体)内部分子的转动及振动而产生,这类振动是由物体受热引起的。只有在绝对零度时(-273.16℃),一切物体的分子才停止运动。电石、水晶、酒石酸钾(罗谢耳盐)、钛酸钡(BaTiO3)等晶体受热产生温度变化时,其原子排列将发生变化,晶体自然极化,在其两表面产生电荷的现象称为热释电效应。热释电红外传感器具有不需冷却,响应光谱范围宽、响应快(us甚至到ns)和价格低等优点,但由于产生的电荷会被空气中的各种离子结合而消失,需采用周期性遮光体,以使红外光能继续加热探测器,不断输出电荷。由于热释电信号正比于器件温升随时间的变化率,响应速度比其它热敏探测器快得多,而且在低、高频下均能工作,因些这种器件备受重视,发展很快。

热释电红外传感器是利用红外辐射的热辐射作用引起元件本身的温度变化,其探测率、响应速度都不如量子型传感器。但由于热释电红外传感器具有远红外线不受可见光影响,故可不分昼夜连续检测,由于被测对象自身发射红外线,故可不必另设光源。大气对某些特定波长(如8~1 4μm)红外线吸收甚少,故具较易检测到等特点,因此在防盗、报警、安全、自动控制等方面,热释电红外传感器比其它类型传感器应用更为广泛。

热释电红外传感器的缺点是接收灵敏度较低、响应速度较慢,故必须配用优良的光学透镜(如抛物镜、菲涅尔透镜等),才能达到较高的接收灵敏度和较快的响应速度。

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