本文主要是關(guān)于熱釋電紅外傳感器的相關(guān)介紹，并著重對熱釋電紅外傳感器的應(yīng)用進(jìn)行了詳盡的闡述。
熱釋電紅外傳感器
熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場效應(yīng)管，其目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號，并不能直接使用，因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式。故引入的N溝道結(jié)型場效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計時應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進(jìn)行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。
主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測元件。在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出20米范圍內(nèi)人的行動。菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而強(qiáng)化其能量幅度。人體輻射的紅外線中心波長為9~10--um，而探測元件的波長靈敏度在0.2~20--um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為7~10--um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。
結(jié)構(gòu)
由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測元也是有正、負(fù)極性的。該傳感器將兩個極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號在內(nèi)部相互抵消的原理來使傳感器得到補(bǔ)償。對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上，從而使傳感器輸出電壓信號。制造熱釋電紅外探測元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測波長范圍為0.2-20um。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。這種濾波片除了允許某些波長范圍的紅外輻射通過外，還能將燈光、陽光和其它紅外輻射拒之門外。
優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價格低廉。
缺點(diǎn)：
◆容易受各種熱源、光源干擾
◆被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。
◆環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。
PIR管腳分配
熱釋電紅外傳感器的應(yīng)用
熱釋電紅外傳感器利用專用晶體材料產(chǎn)生的熱釋電效應(yīng)來檢測紅外線輻射的變化。通過檢測紅外線輻射的變化來實現(xiàn)檢測人體運(yùn)動的目的。產(chǎn)品的主要應(yīng)用領(lǐng)域為家電、玩具、防盜報警、感應(yīng)門、感應(yīng)燈具、感應(yīng)開關(guān)等。
煒盛熱釋電產(chǎn)品集合：
紅外自動感應(yīng)燈、感應(yīng)開關(guān)能感應(yīng)人體紅外線，人來燈亮，人離燈滅，實現(xiàn)自動照明。有采用LED做光源，最大限度節(jié)約電能；有使用電池供電無需接線，可方便地即用即放在玄關(guān)、衛(wèi)生間、走廊等需要臨時照明的場所。也可使用感應(yīng)開關(guān)接駁燈具，實現(xiàn)自動照明。
感應(yīng)開關(guān)
產(chǎn)品應(yīng)用到高性能紅外探測器，利用熱釋電紅外傳感器來檢測移動人體的紅外輻射，只要人體在其探測范圍內(nèi)橫切走過，紅外自動開關(guān)就會產(chǎn)生電信號，啟動負(fù)載。
防盜報警
無線智能紅外探測報警器。它使用了先進(jìn)的信號分析處理技術(shù)。當(dāng)有入侵者通過探測區(qū)域時，探測器將自動探測區(qū)域內(nèi)人體的活動。如有動態(tài)移動現(xiàn)象，它則向控制主機(jī)發(fā)送報警信號。產(chǎn)品適合家庭住宅區(qū)、樓盤別墅、廠房、商場、倉庫、寫字樓等場所的安全防范。
人來燈亮、人走燈滅是LED紅外感應(yīng)要最大的特點(diǎn)，開關(guān)全自動，省事，杜絕了有人開，無人關(guān)的用電浪費(fèi)。采用高亮LED燈作為發(fā)光光源，光效高，壽命長，省電率比相同亮度下的白熾燈和熒光燈高60%和40%。
感應(yīng)燈具
相比較聲光控的產(chǎn)品而言，抗干擾效果好！不會受到聲音的干擾，只感應(yīng)人體的溫度的，人來燈亮，人走燈滅，就是夏天的靈敏度會降低一點(diǎn)，環(huán)境的溫度與人體的溫度越相近，靈敏度越低！正常時感應(yīng)距離是5-8m左右！
晚上偶爾起床，燈自動點(diǎn)亮，免除頻繁開關(guān)電燈和強(qiáng)光刺眼。是現(xiàn)代居家不可或缺的新穎節(jié)能產(chǎn)品。
特點(diǎn)：發(fā)光效率高、使用壽命長久、耗電量更低。
紅外迎賓器
“感應(yīng)”是指自動門中的一種開門模式。感應(yīng)門是廣泛用于商店、酒店、企事業(yè)單位等場所的一種玻璃門，利用熱釋電紅外人體感應(yīng)傳感器特性，當(dāng)有人靠近門口時，它會自動感應(yīng)到人體，發(fā)出指令及時將門打開。
熱釋電紅外傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用
物聯(lián)網(wǎng)是把所有物品通過射頻識別、紅外感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來的技術(shù)，以實現(xiàn)智能化識別和管理，是繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)革命。文章首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)的定義內(nèi)涵、基本特征及研究現(xiàn)狀，然后探討了物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一傳感器技術(shù)；接著闡述了紅外傳感器結(jié)構(gòu)、原理及特點(diǎn)，最后對紅外傳感器在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行了初步探索，指出其廣闊的應(yīng)用前景。
紅外傳感器的結(jié)構(gòu)原理與特點(diǎn)
紅外傳感器是將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電能的一種光敏元件，根據(jù)具體工作原理的不同，可分為光子型和熱釋電型兩種。熱釋電紅外傳感器是利用紅外輻射的熱效應(yīng)引起元件本身的溫度變化來實現(xiàn)某些參數(shù)的檢測的，其探測率、響應(yīng)速度都不如光子型傳感器。但由于其可在室溫下使用，靈敏度與波長無關(guān)，所以應(yīng)用領(lǐng)域很廣［5］。利用鐵電體熱釋電效應(yīng)的熱釋電型紅外傳感器靈敏度很高，獲得了廣泛應(yīng)用。
熱釋電效應(yīng)某些絕緣物質(zhì)受熱時，隨著溫度的上升，在晶體兩端將會產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電荷。這種由于熱變化而產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。熱釋電效應(yīng)在近十年被用于熱釋電紅外傳感器中。能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的晶體稱為熱釋電體，又稱為熱電元件。熱電元件常用的材料有單晶、壓電陶瓷及高分子薄膜等。
熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)熱釋電紅外傳感器由以下四個主要部分構(gòu)成：①構(gòu)成電路的鋁基板、場效應(yīng)晶體管（FET）；②具有熱釋電效應(yīng)的陶瓷材料；③限制入射紅外波長的窗口材料；④外殼TO—5型管帽和管座。
由于熱釋電紅外傳感器中電容的電流發(fā)生器輸出阻抗高，且輸出電壓信號又極其微弱，故在管內(nèi)的敏感轉(zhuǎn)換元件FET上加一層黑色氧化膜以提高其轉(zhuǎn)換效率。其等效電路如圖2所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)一個放大器及厚膜電阻，以達(dá)到阻抗變換的目的。在管殼的頂部設(shè)有濾光鏡（TO一5封裝），而樹脂封裝的則設(shè)在側(cè)面。
紅外組合件的構(gòu)造由于探測器元件單獨(dú)使用時，存在著探測距離較短、獲得的信號后續(xù)電路不易處理的不足，所以目前多選用紅外組合件來探測。紅外組合件由熱釋電紅外傳感器、透鏡、測量轉(zhuǎn)換電路和密封管殼構(gòu)成［6］。透鏡可以擴(kuò)大探測范圍，提高測量的靈敏度；測量轉(zhuǎn)換電路可以完成濾波、放大等信號處理過程；密封管殼能防止因外界噪聲引起的錯誤動作。這種組合件體積小、成本低、功能多樣，所以應(yīng)用廣泛。
濾光鏡材料在熱釋電紅外傳感器的窗口上裝有不同材料的濾光鏡，阻止不需要的紅外線進(jìn)入傳感器。一般熱釋電紅外傳感器在0．2～20um光譜范圍內(nèi)的靈敏度比較好，不受可見光影響。由于不同的檢測要求（如醫(yī)學(xué)或氣體成分分析等）光譜響應(yīng)范圍不同，因此可選擇不同材料的濾光鏡使其滿足不同場合需求。
熱釋電紅外傳感器使用時，一般前級需要先用菲涅爾透鏡濾光，后級接帶通放大器，放大器的中心頻率一般取1．2Hz左右，放大器帶寬對靈敏度、可靠性的影響比較大。使用時要根據(jù)具體要求來合理選擇。
物聯(lián)網(wǎng)中可以大量使用紅外傳感器（也叫紅外感應(yīng)器）來實現(xiàn)物體信息的獲取，盡管目前尚未研發(fā)生產(chǎn)出成熟的產(chǎn)品，但是紅外傳感器已經(jīng)有很多成熟的應(yīng)用領(lǐng)域，可以借鑒。以熱釋電紅外傳感器為核心構(gòu)成的熱釋電紅外開關(guān)，在民用領(lǐng)域可作為蜂鳴器、白熾燈、烘干機(jī)、自動門、和自動洗手池等裝置的自動感應(yīng)開關(guān)，特別適用于工礦企業(yè)、高檔酒店、大型商場等區(qū)域。
此外，熱釋電紅外傳感器還可用于遙感、制導(dǎo)、夜視、主動雷達(dá)、熱成像、氣體分析、輻射計、測溫等軍事和工業(yè)場合。比如在2008年5．12汶川特大地震救援過程中，就使用了紅外傳感器實現(xiàn)無光條件下（夜間和陰雨天）災(zāi)區(qū)照片的拍攝，為救援工作提供了幫助。紅外傳感器價格經(jīng)濟(jì)、測量電路簡單、常溫下可使用、非接觸式測量、精度較高等優(yōu)點(diǎn)決定了其在物聯(lián)網(wǎng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。
在物聯(lián)網(wǎng)中可以使用紅外傳感器獲取物品信息，使用電子標(biāo)簽記錄、實現(xiàn)物品的精確定位。比如用紅外傳感器檢測超市貨架是否具有足夠的商品待售，當(dāng)檢測到貨物不足時，通過后續(xù)信號處理、濾波、放大，驅(qū)動揚(yáng)聲器提醒超市工作人員及時補(bǔ)貨。
特別是在物聯(lián)網(wǎng)消費(fèi)電子電器產(chǎn)品中，熱釋電紅外傳感器具有極其廣泛的應(yīng)用前景。目前用得最多的是檢測物品有無，實現(xiàn)自動控制。紅外傳感器已廣泛用于防盜報警系統(tǒng)中，市場上有成熟的商品。一個典型的周界入侵檢測報警系統(tǒng)本身就是一個物聯(lián)網(wǎng)在安全方面的應(yīng)用，比如上海浦東機(jī)場入侵檢測系統(tǒng)，就是一個小型的物聯(lián)網(wǎng)，其中使用了大量的紅外傳感器，作為智能節(jié)點(diǎn)，獲取周邊信息，與其他類型傳感器采集得到的信息一起準(zhǔn)確及時地提供給中央處理系統(tǒng)進(jìn)行信息融合，作為自動控制決策的依據(jù)。國外已有把安裝在售貨機(jī)上，當(dāng)有人接近時，機(jī)器可以說話，實現(xiàn)自動銷售，我們也可以借鑒應(yīng)用。再比如可以把紅外傳感器安裝在工廠危險性機(jī)械系統(tǒng)上，能夠進(jìn)行非接觸測量，當(dāng)超過預(yù)定的安全距離時給出警示，防止人太靠近造成危險，保護(hù)工人健康、實現(xiàn)安全生產(chǎn)，節(jié)約生產(chǎn)成本。
小結(jié)
近年來物聯(lián)網(wǎng)的研究與發(fā)展引起了人們的廣泛關(guān)注，國內(nèi)外政府和企業(yè)都積極采取行動參與物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建，廣大學(xué)者也對物聯(lián)網(wǎng)展開深入研究，國內(nèi)不少高校先后申報了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)方面的人才，這將對未來全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。與此同時，熱釋電紅外傳感器的銷量近幾年也是每年增長30％以上。國內(nèi)外廠家正在不斷開發(fā)新產(chǎn)品以滿足未來的市場需求?？梢灶A(yù)見，紅外傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
結(jié)語
關(guān)于熱釋電紅外傳感器的相關(guān)介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。