熱釋電傳感器又稱人體紅外傳感器, 被廣泛應(yīng)用于防盜報警、 來客告知及非接觸開關(guān)等紅外領(lǐng)域。壓電陶瓷類電介質(zhì)在電極化后能保持極化狀態(tài), 稱為自發(fā)極化。自發(fā)極化隨溫度升高而減小, 在居里點溫度降為零。因此,當這種材料受到紅外輻射而溫度升高時, 表面電荷將減少,相當于釋放了一部分電荷,故稱為熱釋電。將釋放的電荷經(jīng)放大器可轉(zhuǎn)換為電壓輸出。這就是熱釋電傳感器的工作原理。當輻射繼續(xù)作用于熱釋電元件, 使其表面電荷達到平衡時, 便不再釋放電荷。 因此, 熱釋電傳感器不能探測恒定的紅外輻射。
某些晶體,例如鉭酸鋰、硫酸三甘肽等受熱時,晶體兩端會產(chǎn)生數(shù)量相等、符號相反的電荷。1842年布魯斯特將這種由溫度變化引起的電極化現(xiàn)象正式命名為“pyroelectric”,即熱釋電效應(yīng)。紅外熱釋電傳感器就是基于熱釋電效應(yīng)工作的熱電型紅外傳感器其結(jié)構(gòu)簡單堅固,技術(shù)性能穩(wěn)定,被廣泛應(yīng)用于紅外檢測報警、紅外遙控、光譜分析等領(lǐng)域,是目前使用最廣的紅外傳感器。
熱釋電傳感器的濾光片為帶通濾光片,它封裝在傳感器殼體的頂端,使特定波長的紅外輻射選擇性地通過,到達熱釋電探測元+在其截止范圍外的紅外輻射則不能通過。熱釋電探測元是熱釋電傳感器的核心元件,它是在熱釋電晶體的兩面鍍上金屬電極后,加電極化制成,相當于一個以熱釋電晶體為電介質(zhì)的平板電容器。當它受到非恒定強度的紅外光照射時,產(chǎn)生的溫度變化導(dǎo)致其表面電極的電荷密度發(fā)生改變,從而產(chǎn)生熱釋電電流。探測元的原理參考了菲涅耳透鏡(英語:Fresnel lens),又譯菲涅爾透鏡,別稱螺紋透鏡,是由法國物理學家奧古斯丁·菲涅耳所發(fā)明的一種透鏡。此設(shè)計原來被應(yīng)用于燈塔,這個設(shè)計可以建造更大孔徑的透鏡,其特點是焦距短,且比一般的透鏡的材料用量更少、重量與體積更小。和早期的透鏡相比,菲涅耳透鏡更薄,因此可以傳遞更多的光,使得燈塔即使距離相當遠仍可看見。
熱釋電傳感器由濾光片、熱釋電探測元和前置放大器組成,補償型熱釋電傳感器還帶有溫度補償元件。為防止外部環(huán)境對傳感器輸出信號的干擾,上述元件被真空封裝在—個金屬營內(nèi)。熱釋電傳感器的濾光片為帶通濾光片,它封裝在傳感器殼體的頂端,使特定波長的紅外輻射選擇性地通過,到達熱釋電探測元+在其截止范圍外的紅外輻射則不能通過。熱釋電探測元是熱釋電傳感器的核心元件,它是在熱釋電晶體的兩面鍍上金屬電極后,加電極化制成,相當于一個以熱釋電晶體為電介質(zhì)的平板電容器。當它受到非恒定強度的紅外光照射時,產(chǎn)生的溫度變化導(dǎo)致其表面電極的電荷密度發(fā)生改變,從而產(chǎn)生熱釋電電流。前置放大器由一個高內(nèi)阻的場效應(yīng)管源極跟隨器構(gòu)成,通過阻抗變換,將熱釋電探測元微弱的電流信號轉(zhuǎn)換為有用的電壓信號輸出。前置放大器將微弱的熱釋電電流轉(zhuǎn)換為有效電壓輸出。前置放大器必須具備高增益、低噪聲、抗干擾能力強的特點,以便從眾多的噪聲干擾中提取微弱的有用信號。熱釋電探測元和前置放大器通常集成封裝在晶體管內(nèi),以避免空氣濕度使泄露電流增大。這種結(jié)構(gòu)的前置放大器信噪比高,受溫度影響小。