1、项目项目11 热释电远红外传感器的安装与测试热释电远红外传感器的安装与测试 项目描述项目描述 本项目安装与测试一台热释电远红外传感器。 热释电红外(PIR)传感器，亦称为热红外传感器，是一种能检测人体发射的红外线的新型高灵敏度红外探测元件。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将输出的电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。由于红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，热释电人体红外线传感器不受白天黑夜的影响，可昼夜不停地用于监测，广泛地用于防盗报警。 知识和能力目标； 了解红外辐射特性。 熟悉红外探测器种类和特点。 掌握热释电红外探测器的结构、工作原理。
2、 能正确安装、调试和应用热释电红外探测器。 知识准备知识准备 一、一、 红外传感器红外传感器 （一）红外辐射（二）红外探测器的类型（二）红外探测器的类型 红外传感器一般由光学系统、探测器、信号调理电路及显示系统等组成。红外探测器是红外传感器的核心。红外探测器种类很多，常见的有两大类：热探测器和光子探测器。 1.光子探测器 光子探测器利用入射红外辐射的光子流与探测器材料中电子的相互作用来改变电子的能量状态，引起各种电学现象。这种现象称光子效应。通过测量材料电子性质的变化，可以知道红外辐射的强弱。利用光子效应制成的红外探测器，统称光子探测器。 2.热探测器 热探测器主要类型有热释电型、热敏电阻型、
3、热电偶型和气体型探测器。而热释电探测器在热探测器中探测率最高，频率响应最宽，所以这种探测器倍受重视，发展很快。这里主要介绍热释电探测器。 （三）热释电红外探测器（三）热释电红外探测器 1热释电红外探测器工作原理 热释电红外探测器由具有极化现象的热晶体或被称为“铁电体”的材料制成的。“铁电体”的极化强度（单位面积上的电荷）与温度有关。当红外辐射照射到已经极化的铁电体薄片表面上时，引起薄片温度升高，使其极化强度降低，表面电荷减少，这相当于释放一部分电荷，所以叫做热释电型传感器。如果将负载电阻与铁电体薄片相连，则负载电阻上便产生一个电信号。输出信号的强弱取决于薄片温度变化的快慢，从而反映出入射的红外
4、辐射的强弱，热释电型红外传感器的电压响应率正比于入射光辐射率变化的速率。 2热释电红外探测器的结构 热释电人体红外传感器(PIP)一般都采用差动平衡结构，由敏感元件、场效应管，高值电阻等组成，如图11-2(b)所示。 (1)敏感元件 敏感元件是用热释电人体红外材料(通常是锆钛酸铝)制成的，先把热释电材料制成很小的薄片，再在薄片两面镀上电极，构成两个串联的有极性的小电容器。将极性相反的两个敏感元做在同一晶片上，是为了抑制由于环境与自身温度变化而产生热释电信号的干扰，见图11-2(c)所示。 (2)场效应管和高阻值电阻Rg 通常敏感元件材料阻值高达103，因此，要用场效应管进行阻抗变换，场效应管常
5、用2SK303V3、2SK94X3等来构成源极跟随器，高阻值电阻Rg的作用是释放栅极电荷，使场效应管正常工作。一般在源极输出接法下，源极电压约为0.41.0V。通过场效应管，传感器输出信号就能用普通放大器进行处理 (3)滤光窗 热释电人体红外传感器中的敏感元件是一种广谱材料，能探测各种波长辐射。为了使传感器对人体最敏感，而对太阳、电灯光等有抗干扰性，传感器采用了滤光片作窗口，即滤光窗。滤光片是在S基板上镀多层膜做成的。 (4)菲涅尔透镜 菲涅尔透镜的作用有两个：一是聚焦作用，即将探测空间的红外线有效地集中到传感器上。不使用菲涅尔透镜时传感器的探测半径不足2米，只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大
6、作用。配上菲涅尔透镜时传感器的探测半径可达到10米。第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化的热释红外信号。 项目实施项目实施 二、热释电远红外传感器的安装与测试二、热释电远红外传感器的安装与测试 通过本项目进一步了解热释电传感器的性能、构造与工作原理。 本项目需要器件与单元：直流稳压电源、15V电源、+5V电源、热释电远红外传感器、热释电实训模块、专用导线。如图11-4所示。 实训步骤： 1.热释电远红外传感器探头用专用导线连接后，导线另一端插入热释电远红外传感器上“热释电远红外传感器Ti”插口。 2.按图11-5接线。观察传
7、感器的圆形感应端面，中间黑色小方孔是滤色片，内装有敏感元件。 3.V+接+5V电源，实训模块电源接15V。 4.开启主电源，注意周围人体尽量不要晃动，并调整好示波器（Y轴：50mV/div；X轴：0.25S/div）。 5.观察现象（一）：用手掌在距离传感器约10mm处晃动，注意数显表及示波器波形的变化，停止晃动，重新观察数显表及示波器的波形变化。 6.观察现象（二）：用手掌靠近传感器晃动，注意数显表及示波器的波形变化。 7、通过上述（5、6）实训，可得出波形（自己绘制） 项目拓展项目拓展三、红外传感器的应用三、红外传感器的应用 1人体感应自动照明灯 2红外线探测电路 3红外线气体分析仪图11
8、-8 几种气体对红外线的透射光谱 项目小结项目小结 通过本项目的学习要求红外辐射的特性、红外探测器种类和特点，重点掌握热释电红外探测器的结构组成和各部分的作用。 1. 红外辐射的物理本质是热辐射。一个炽热物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射出来的。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，辐射的能量就越强。 2.红外传感器一般由光学系统、探测器、信号调理电路及显示系统等组成。红外探测器是红外传感器的核心。红外探测器种类很多，常见的有两大类：热探测器和光子探测器。 热探测器主要类型有热释电型、热敏电阻型、热电偶型和气体型探测器。而热释电探测器在热探测器中探测率最高，频率响应最宽，所以这种探测器倍受重视，发展很快。 3. 热释电人体红外传感器(PIP)一般都采用差动平衡结构，由敏感元件、场效应管，高值电阻等组成，另外还附有滤光窗和菲涅尔透镜。滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而阻止太阳光、灯光等可见光中的红外线通过，免除干扰。菲涅尔透镜的作用有两个：一是聚焦作用，即将探测空间的红外线有效地集中到传感器上。第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化的热释红外信号。 4. 热释电红外传感器信号处理集成电路BISS0001图11-10 BISS0001内部电路图 BISS0001的典型应用电路
