熱釋電紅外傳感器是一種非常有應用潛力的傳感器。它能檢測人或某些動(dòng)物發(fā)射的紅外線(xiàn)并轉換成電信號輸出，是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線(xiàn)的新型高靈敏度紅外探測元件。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線(xiàn)能量的變化，并將其轉換成電壓信號輸出。將輸出的電壓信號加以放大，便可驅動(dòng)各種控制電路，如作電源開(kāi)關(guān)控制、防盜防火報警等。

能產(chǎn)生熱釋電效應的晶體稱(chēng)之為熱釋電體或熱釋電元件。熱釋電元件常用的材料有單晶(LiTaO3 等)、壓電陶瓷(PZT等)及高分子薄膜(PVFZ等)。

熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應，這是一種對溫度敏感的傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，在元件兩個(gè)表面做成電極，在傳感器監測范圍內溫度有ΔT的變化時(shí)，熱釋電效應會(huì )在兩個(gè)電極上會(huì )產(chǎn)生電荷ΔQ，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱的電壓ΔV。由于它的輸出阻抗極高，在傳感器中有一個(gè)場(chǎng)效應管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應所產(chǎn)生的電荷ΔQ會(huì )被空氣中的離子所結合而消失，即當環(huán)境溫度穩定不變時(shí)，ΔT=0，則傳感器無(wú)輸出。當人體進(jìn)入檢測區，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生ΔT，則有ΔT輸出;若人體進(jìn)入檢測區后不動(dòng)，則溫度沒(méi)有變化，傳感器也沒(méi)有輸出了。所以這種傳感器檢測人體或者動(dòng)物的活動(dòng)傳感。

敏感單元的等效電路如圖所示，內部敏感材料做成很薄的薄片，每一薄片相對的兩面各引出一根電極，在電極兩端則形成一個(gè)等效的小電容，因為這兩個(gè)小電容是做在同一硅晶片上的，且形成的等效小電容能自身產(chǎn)生極化，在電容的兩端產(chǎn)生極性相反的正、負電荷。但這兩個(gè)電容的極性是相反串聯(lián)的。這正是傳感器的獨特設計之處，因而使得它具有獨特的抗干擾性。

當傳感器沒(méi)有檢測到人體輻射出的紅外線(xiàn)信號時(shí)，由于C1、C2自身產(chǎn)生極化，在電容的兩端產(chǎn)生極性相反、電量相等的正、負電荷，而這兩個(gè)電容的極性是相反串聯(lián)的，所以，正、負電荷相互抵消，回路中不產(chǎn)生電流，傳感器無(wú)輸出。

當人體靜止在傳感器的檢測區域內時(shí)，照射到C1、C2上的紅外線(xiàn)光能能量相等，且達到平衡，極性相反、能量相等的光電流在回路中相互抵消。傳感器仍然沒(méi)有信號輸出。同理，在燈光或陽(yáng)光下，因陽(yáng)光移動(dòng)的速度非常緩慢，C1、C2上的紅外線(xiàn)光能能量仍然可以看作是相等的，且在回路中相互抵消;再加上傳感器的響應頻率很低(一般為0.1~10Hz)，即傳感器對紅外光的波長(cháng)的敏感范圍很窄(一般為5~15um)，因此，傳感器對它們不敏感。

當環(huán)境溫度變化而引起傳感器本身的溫度發(fā)生變化時(shí)，因C1、C2做在同一硅晶片上，它所產(chǎn)生的極性相反、能量相等的光電流在回路中仍然相互抵消，傳感器無(wú)輸出。

只有當人體移動(dòng)時(shí)，紅外輻射引傳感器敏感單元的兩個(gè)等效電容產(chǎn)生不同的極化電荷時(shí)，才會(huì )向外輸出電信號。所以，這種傳感器只對人體的移動(dòng)或運動(dòng)敏感，對靜止或移動(dòng)很緩慢的人體不敏感，且對可見(jiàn)光和大部分紅外線(xiàn)具有良好的抗干擾能力。

濾光窗

它是由一塊薄玻璃片鍍上多層濾光層薄膜而成的，濾光窗能有效地濾除7.0~14μm波長(cháng)以外的紅外線(xiàn)。例如，SCA02-1對 7.5~14μm波長(cháng)的紅外線(xiàn)的穿透量為70%，在6.5μm處時(shí)下降為65%，而在5.0μm處時(shí)陡降為0.1%，有效地保證了對人體紅外線(xiàn)的選擇性。

因為，物體發(fā)射出的紅外線(xiàn)輻射能，*強波長(cháng)和溫度的關(guān)系滿(mǎn)足λm×T=2989(μmk)(其中λm為*大 波長(cháng)，T為優(yōu)良溫度)。人體的正常體溫為 36~37.5℃，即309~310.5K，其*強紅外線(xiàn)的波長(cháng)為λm=2989/(309~310.5)=9.67~9.64μm，中心波長(cháng)為9.65μm。因此，人體輻射的*強紅外線(xiàn)的波長(cháng)正好落在濾光窗的響應波長(cháng)(7~14μm)的中心。所以，濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線(xiàn)通過(guò)，而*大限度地阻止陽(yáng)光、燈光等可見(jiàn)光中的紅外線(xiàn)通過(guò)，以免引起干擾。

菲涅爾透鏡

不使用菲涅爾透鏡時(shí)傳感器的探測半徑不足2米，只有配合菲涅爾透鏡使用才能發(fā)揮*大作用。配上菲涅爾透鏡時(shí)傳感器的探測半徑可達到10米。

菲涅爾透鏡用聚乙烯塑料片制成，顏色為乳白色或黑色，呈半透明狀，但對波長(cháng)為10um左右的紅外線(xiàn)來(lái)說(shuō)卻是透明的。其外形為半球，透鏡在水平方向上分成3 個(gè)部分，每一部分在豎直方向上又等分成若干不同的區域。*上面部分的每一等份為一個(gè)透鏡單元，它們由一個(gè)個(gè)同心圓構成，同心圓圓心在透鏡單元內。中間和下半部分的每一等份也為分別一個(gè)透鏡單元，同樣由同心圓構成，但同心圓圓心不在透鏡單元內。

當光線(xiàn)通過(guò)這些透鏡單元后，就會(huì )形成明暗相間的可見(jiàn)區和盲區。由于每一個(gè)透鏡單元只有一個(gè)很小的視角，視角內為可見(jiàn)區，視角外為盲區。任何兩個(gè)相鄰透鏡單元之間均以一個(gè)盲區和可見(jiàn)區相間隔，它們斷續而不重疊和交叉。這樣，當把透鏡放在傳感器正前方的適當位置時(shí)，運動(dòng)的人體一旦出現在透鏡的前方，人體輻射出的紅外線(xiàn)通過(guò)透鏡后在傳感器上形成不斷交替變化的陰影區(盲區)和明亮區(可見(jiàn)區)，使傳感器表面的溫度不斷發(fā)生變化，從而輸出電信號。

也可以這樣理解，人體在檢測區內活動(dòng)時(shí)，一離開(kāi)一個(gè)透鏡單元的視場(chǎng)，又會(huì )立即進(jìn)入另一個(gè)透鏡單元的視場(chǎng)，(因為相鄰透鏡單元之間相隔很近)，傳感器上就出現隨人體移動(dòng)的盲區和可見(jiàn)區，導致傳感器的溫度變化，而輸出電信號。

菲涅爾透鏡不僅可以形成可見(jiàn)區和盲區，還有聚焦作用，其焦點(diǎn)一般為5厘米左右，實(shí)際應用時(shí)，應根據實(shí)際情況或資料提供的說(shuō)明調整菲涅爾透鏡與傳感器之間的距離，一般把透鏡固定在傳感器正前方1~5厘米的地方。

人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會(huì )發(fā)出10微米左右特定波長(cháng)的紅外線(xiàn)，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的紅外線(xiàn)而進(jìn)行工作的。紅外線(xiàn)通過(guò)菲涅耳濾光片增強后聚集到熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射變化時(shí)就會(huì )失去電荷平衡，向外釋放電荷，后經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。被動(dòng)紅外探頭，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件。而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應相互抵消，于是探測器無(wú)信號輸出。

被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：

1、被動(dòng)紅外傳感器本身不發(fā)任何類(lèi)型的輻射，隱蔽性好;

2、器件功耗很小;

3、價(jià)格低廉。

熱釋電紅外自動(dòng)門(mén)主要由光學(xué)系統、熱釋電紅外傳感器、信號濾波和放大、信號處理和自動(dòng)門(mén)電路等幾部分組成。菲涅爾透鏡可以將人體輻射的紅外線(xiàn)聚焦到熱釋電紅外探測元上，同時(shí)也產(chǎn)生交替變化的紅外輻射高靈敏區和盲區，以適應熱釋電探測元要求信號不斷變化的特性;熱釋電紅外傳感器是報警器設計中的核心器件，它可以把人體的紅外信號轉換為電信號以供信號處理部分使用;信號處理主要是把傳感器輸出的微弱電信號進(jìn)行放大、濾波、延遲、比較，為功能的實(shí)現打下基礎。

人體感應燈

智能空調

智能空調能探測出室內是否有人及人是靜止還是活動(dòng)，據此自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)機、制冷(熱)量及室溫，以達到節能和人性化的目的。