热释电传感器电路图大全（六款热释电传感器电路设计原理图详解）

热释电传感器原理特性

热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。

由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用因而需要用电阻将其转换为电压形式该电阻阻抗高达104MΩ，故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。

热释电传感器结构电路图

热释电传感器由滤光片、热释电探测元和前置放大器组成，补偿型热释电传感器还带有温度补偿元件，国1-1所示为热释电传感器的内部结构。为防止外部环境对传感器输出信号的干扰，上述元件被真空封装在—个金属营内。

图1-1热释电传感器的结构

热释电传感器的滤光片为带通滤光片，它封装在传感器壳体的顶端，使特定波长的红外辐射选择性地通过，到达热释电探测元+在其截止范围外的红外辐射则不能通过。

热释电探测元是热释电传感器的核心元件，它是在热释电晶体的两面镀上金属电极后，加电极化制成，相当于一个以热释电晶体为电介质的平板电容器。当它受到非恒定强度的红外光照射时，产生的温度变化导致其表面电极的电荷密度发生改变，从而产生热释电电流。

前置放大器由一个高内阻的场效应管源极跟随器构成，通过阻抗变换，将热释电探测元微弱的电流信号转换为有用的电压信号输出。

前置放大器将微弱的热释电电流转换为有效电压输出。前置放大器必须具备高增益、低噪声、抗干扰能力强的特点，以便从众多的噪声干扰中提取微弱的有用信号。国18是热释电传感器的内部电路。热释电探测元和前置放大器通常集成封装在晶体管内，以避免空气湿度使泄露电流增大。这种结构的前置放大器信噪比高，受温度影响小。

图1-8电路中的电压增益与场效应管在工作点的跨导和源极电阻有关，计算公式如下：

由公式（7）可知，增大源极电阻，或减小漏极电流可以提高前置放大器的电压增益。但是增大源极电阻的同时，输出电阻会变大，从而导致漏极电压升高，当源极电阻达到100Kohm时，漏极电压会升高到15V，因此源极电阻不应过大，一般不超过100Kohm，增大电压增益能降低温度对跨导的影响，提高增益的温度稳定性。

热释电传感器的工作原理：

图1开始的阶段（T），在没有红外照射下，热释电红外传感器的温度没有变化，传感器表面的电荷处于中和状态，正负电子对等（A），此时，传感器没有输出（0）。图1第二阶段（T+△T），有温度变化时，在人体红外线的照射下，热释电红外传感器的温度如果上升△T，那么传感器表面的电荷就如图2（B）所示的那样发生相应的变化。如果温度变化为△T，其对应的电荷变化就产生△V的变化，因此，传感器输出△V。随着时间的延长，传感器表面就会重新吸附空气中的离子并相互抵消由此而达到如图2C所示的中和状态。此时，传感器又恢复到没有输出（0），如图3所示。

当温度下降时，温度又回到原来的状态（T），其自由极化状态如图2D所示。由于温度的下降变化（相对而言）过程与温度上升变化相反，所以，传感器表面的电荷变化与上升时变化过程刚好相反，是个反过程。因此，传感器的输出信号就是-△V，如图3所示。同理，随着时间的延长，传感器的表面也会重新吸附空气中的离子，而使传感器的输出信号再次为零。

传感器对人体活动信息的感应全过程输出信号如图3所示。从传感器输出图中不难看出，传感器对人体活动的一个动作所输出的信号是一个完整的波形。在实验时，如果用放大器把该信号放大，再用示波器观察就是一个正脉冲和一个负脉冲。也就是说，传感器感应到的一个移动信号近似于一个完整的1Hz脉冲信号。