紅外線傳感器依動作可分為:
(1) 將紅外線一部份變換為熱,藉熱取出電阻值變化及電動勢等輸出信號之熱型。
(2) 利用半導(dǎo)體遷徙現(xiàn)象吸收能量差之光電效果及利用因PN 接合之光電動勢效果的量子型。
熱型的現(xiàn)象俗稱為焦熱效應(yīng),其中*具代表性者有測輻射熱器 (ThermalBolometer),熱電堆(Thermopile)及熱電(Pyroelectric)元件。熱型及量子型的一般特征如表1所示,在此僅就熱型之熱電型紅外線傳感器加以說明。也叫熱釋紅外線傳感器.
此傳感器特別是利用遠(yuǎn)紅外線范圍的感度做為人體檢出用,紅外線的波長比可見光長而比電波短。紅外線讓人覺得只由熱的物體放射出來,可是事實(shí)上不是如此,凡是存在于自然界的物體,如人類、火、冰等等全部都會射出紅外線,只是其波長因其物體的溫度而有差異而已。人體的體溫約為36~37℃,所放射出峰值為9~10μm的遠(yuǎn)紅外線,另外加熱至400~700℃的物體,可放射出峰值為3~5μm的中間紅外線。
紅外線傳感器系可以檢出這些物體所發(fā)射之各種紅外線(溫度)的感知器。
熱電型紅外線傳感器特征
熱電型紅外線傳感器系利用熱電效果,其材料則使用強(qiáng)介質(zhì)陶瓷體(Dielectric Ceramic),鉭酸鋰(LiTaO3)等單結(jié)晶及PVDF 等有機(jī)材料.
(1)由于系檢知從物體放射出出來的紅外線,所以不必直接接觸就能夠感知物體表面的溫度,故人體檢知以及移動中物體的溫度當(dāng)然均能以非接觸之方式測得。
熱電型紅外線傳感器系接受檢知對象物所發(fā)出的紅外線,因此是被動型,由于不是主動型,所以并不需要校對投光器、受光器之光軸等煩瑣的作業(yè)。
(2)熱電效果系溫度變化而產(chǎn)生的,這將在稍后說明之,因此只接受因溫度變化之能量(Energy),而熱電型紅外線傳感器將電壓微分而輸出之。
熱電型紅外線傳感器原理
感知組件系使用PZT(鈦酸鋯酸鉛系陶瓷體)強(qiáng)介質(zhì)陶瓷體,在感知組件施加高壓電(3KV~5KV/mm)而分極之,藉這種方法,組件表面顯現(xiàn)的正負(fù)電荷會和空氣中相反之電荷結(jié)合而呈電氣中和狀.
感知組件分極的大小會隨著溫度變化而變化,因此穩(wěn)定時(shí)之電荷中和狀態(tài)就崩潰,而感知組件表面電荷與吸著雜散電荷的緩和時(shí)間不同,所以會形成電氣上的不平衡,而產(chǎn)生沒有配對的電荷.像這種因溫度變化而產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為熱電效果,設(shè)若產(chǎn)生之電荷為Δθ,溫度變化為ΔT,則Δθ/ΔT=λ(庫侖/℃),就是熱電
系數(shù)。實(shí)際上的傳感器到底是如何利用熱電效果呢?請參考傳感器內(nèi)部構(gòu)造及本文之解說,圖所示系熱電型紅外線傳感器的構(gòu)造。
(1) 各種波長的紅外線射入傳感器。
(2)組件頂端之入射窗以濾光鏡(Filter)覆蓋著,只讓必要的紅外線通過,而將不要的紅外線隔絕。
(3)位于感知組件表面的熱吸收膜會將紅外線變換成熱。
(4)感知組件的表面溫度上升,因熱電效果之故,就產(chǎn)生表面電荷。
(5) 產(chǎn)生的表面電荷以FET 放大且變換阻抗。
(6) 從漏極(Drain)供給FET動作所需的電壓。
(7) 放大后的電氣信號會于外部所接的源極 ─地端之電阻上顯現(xiàn)出來,而與偏壓重迭之后取出。
熱電型(熱釋)紅外傳感器應(yīng)用:
(1) 可作為入侵警報(bào)器(Intrusiondetector)。
(2) 移動偵測器(Motion sensing)。
(3) 自動照明(Automatic lightcontrol)。
(4) 自動門控制(Automatic doorcontrol)。
熱電型(熱釋)紅外傳感器特性:
項(xiàng) 目*小典型*大單位測試條件
檢驗(yàn)型式雙組件型
響 應(yīng)230028003300V/W8~14μm/1Hz
噪 音 25℃/.3~10Hz
飄移電壓0.20.61.5VRs=47KΩ
輸出阻抗 10KΩ
操作溫度 -40~70 ℃ΔT<5℃/min
操作電壓3 15V直流
操作電流42050μA