熱釋電傳感器及其應(yīng)用new

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1、智能檢測(cè)控制技術(shù)及儀表裝置發(fā)展研討會(huì)論文集熱釋電傳感器及其應(yīng)用ApplicationofthePyroelectricsensor量春糾(大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧大連1l6037)摘要：從熱釋電傳感器所基于的熱釋電效應(yīng)開(kāi)始，闡述了熱釋電傳感器的_T作原理、變化和處理電路，總結(jié)出其基本特性和曲線，介紹了熱釋電傳感器的基本應(yīng)用。同時(shí)，分析了被動(dòng)式紅外線探頭的結(jié)構(gòu)和原理，并給出了應(yīng)用實(shí)例和電路分析。關(guān)鍵詞：熱釋電效應(yīng)熱釋電傳感器熱釋ll_l等效電路被動(dòng)式紅外探頭人體感應(yīng)開(kāi)關(guān)Abstract：Fromthed

2、escriptionofPyroelectriceffectwhichisthebasictheoryofPyroelectricsensor,thisarticleintroduceitsworkingprinciple，itsprocessingcircuit，itscharacterandsurvey,anditsbasicapplication．Meanwhile，someoftheexamplesaregiventoanalyzetheirconstructionandtheirmeasu

3、rementprincipleinthepassiveinfraredSenSOLKeyword：Pyroelectriceffect；Pyroelectricsensor；Pyroelectricprocessingcircuit；passiveinfraredsensor；HumanInductionswitch1熱釋電效應(yīng)1．1熱釋電效應(yīng)原理當(dāng)一些晶體受熱時(shí)，在晶體兩端將會(huì)產(chǎn)生數(shù)量相等而符號(hào)相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象被稱(chēng)為熱釋電效應(yīng)。凡是有自發(fā)極化的晶體，其表面均會(huì)出現(xiàn)面束縛電

4、荷。而這些面束縛電荷平時(shí)被晶體內(nèi)部的自由電子和空氣中附著在晶體表面的自由電荷所中和，其白發(fā)極化電矩不能表現(xiàn)出來(lái)，因此在常態(tài)下呈中性。如果交變的輻射通過(guò)光敏元照射在極化晶體上，則品體的溫度就會(huì)變化，晶體結(jié)構(gòu)中的止負(fù)電荷重心相對(duì)移位，自發(fā)極化發(fā)生變化，晶體表面就會(huì)產(chǎn)生電荷耗盡，電荷耗盡的狀況正比丁-極化程度。即：晶片的白發(fā)極化強(qiáng)度以及由此引起的面束縛電荷的密度均以同樣頻率發(fā)生周期性變化。如果面束縛電荷變化較快，自由電荷米不及中和，在垂直?。装l(fā)極化久餐的兩個(gè)端面間就會(huì)出現(xiàn)交變的端電壓。圖1表示了熱釋電效

5、應(yīng)形成的原理。1．2熱釋電效應(yīng)材料能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的晶體稱(chēng)之為熱釋電體或熱釋電元件，常川的熱釋電材料有單品、樂(lè)電陶瓷及高分子薄膜等種類(lèi)。單晶熱釋電晶體的熱釋電系數(shù)高，介質(zhì)損耗小，性能最好的熱釋電傳感器至今人多選川單品制作，如TGS、LATGS、LiTa03等。壓電陶瓷熱釋電晶體成本較低，響應(yīng)較慢。如入侵報(bào)警州PZT陶瓷傳感器：I：作頻率為0．2～智能檢測(cè)控制技術(shù)及儀表裝置發(fā)展研討會(huì)論文集5Hz。薄膜熱釋電材料可以Jl二}j濺射、液相外延等方法制備。有些薄膜的白發(fā)極化取向率已接近單晶水平。由于薄膜一般

6、可以做得很薄，岡而對(duì)?。谱鞲咝阅艿臒後岆妭鞲衅魇钟欣?。2熱釋電傳感器的工作原理2．{熱釋電電流的輸出熱釋電傳感器利用的止是熱釋電效應(yīng)，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個(gè)表面做成電極而構(gòu)成響應(yīng)元。當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)溫度有△T的變化時(shí)，因熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上產(chǎn)生電荷AQ，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓AV。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷△O會(huì)跟空氣中的離子結(jié)合而消失，當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí)，AT=O，傳感器無(wú)輸出。O

7、熱jF衡條件T[K】熱能溫度變化造成極化T+△T【K】囫檢測(cè)電路《弓oor—一女o@o}霾扣品體圖1熱釋電效應(yīng)形成的原理圖2熱釋電響應(yīng)元及其傳感器．X-作原理與所有熱傳感器一樣，熱釋電傳感器的：[作原理可以用3個(gè)過(guò)程來(lái)描述：由輻射轉(zhuǎn)化為熱的吸收過(guò)程：由熱轉(zhuǎn)化為溫度的加熱過(guò)程：由溫度轉(zhuǎn)化電的測(cè)溫過(guò)程。加熱過(guò)程與熱敏電阻、熱電偶是類(lèi)似的。根據(jù)熱平衡方程，對(duì)周期變化的紅外輻射響應(yīng)元溫升為．，椰△』(，2——了2=2iG41-i-∞2f2r1、式中：①一正弦變化輻射功率峰值；∽一輻射角頻率；e一響應(yīng)元比輻射

8、率；G一響應(yīng)元熱導(dǎo)，單位1／WK：TT=C／G熱容與有效熱導(dǎo)之比，即熱時(shí)間常數(shù)，單位S。而熱釋電電流與輻射角頻率、響應(yīng)元面積、溫升成正比，即‘=coPAd△乃r，、式中：P一熱電系數(shù)；Ad一響應(yīng)元面積。將式(1)代入式(2)，則有scoPA，，，lc，=—]——魯①G√1+092T2f11可見(jiàn)，對(duì)于特定的響應(yīng)元(其面積Ad、熱電系數(shù)P、比輻射率e、響應(yīng)元熱導(dǎo)G、熱時(shí)間常數(shù)t一定)的熱釋電電流，如果輻射角頻率一定，則只與感受的輻射功率的人小成l[比，并隨輻射功率的變化而