CN102564603A - 热释电红外传感器 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子信息技术领域中的电气设备及电气工程类之光敏器件，具体是一种热释电红外传感器，包括圆环形管帽(1)，所述圆环形管帽(1)窗口中镶嵌有红外滤光片(2)，所述圆环形管帽座(3)窗口中镶嵌有红外滤光片(4)，探测敏感元(5)在保持器(6)上，所述保持器(6)支垫在陶瓷基片(8)和探测敏感元(5)之间，三极管(7)置于陶瓷基片(8)中间设置的通孔中，陶瓷基片(8)置于管座(9)上，所述圆环形管帽座(3)罩在管座(9)上，所述圆环形管帽(1)罩在圆环形管帽座(3)上。采用本方案的传感器具有两次过滤阳光中的8-14um以外的红外线的功能，有使传感器可以在阳光下正常工作的优点且探测距离不会变近。

Description

热释电红外传感器

技术领域

本发明属于电子信息技术领域中的电气设备及电气工程类之光敏器件，具体是一种热释电红外传感器。

背景技术

人们在选用热释电红外传感器时，往往会考虑该传感器是否能够在阳光下正常工作、探测距离远近这几个指标。目前常用的热释电红外传感器工作过程是这样的：人体发出的红外光投射到菲涅尔透镜上，经透镜聚焦、放大后再投射到红外滤光片上，红外滤光片滤除杂波后再投射到探测敏感元上，探测敏感元将光信号变成电信号由场效应管输出。但常用的热释电红外传感器在高背景噪声的环境中和阳光下不能够正常工作。故需要一种改进产品的出现来克服上述问题。

发明内容

针对以上所述，本发明旨在提供一种能够在高背景噪声的环境中和阳光下能正常工作的热释电红外传感器。

为实现上述目的，本发明的热释电红外传感器，包括圆环形管帽(1)，所述圆环形管帽(1)窗口中镶嵌有红外滤光片(2)，所述圆环形管帽(3)窗口中镶嵌有红外滤光片(4)，探测敏感元(5)在保持器(6)上，所述保持器(6)支垫在陶瓷基片(8)和探测敏感元(5)之间，三极管(7)置于陶瓷基片(8)中间设置的通孔中，陶瓷基片(8)置于管座(9)上，所述圆环形管帽(3)罩在管座(9)上，所述圆环形管帽(1)罩在圆环形管帽(3)上。

所述圆环形管帽(3)上罩有圆环形管帽(1)。

圆环形管帽(1)内径为8.25mm。

所述红外滤光片(2)的下表面与红外滤光片(4)的上表面的间距为1mm。

采用本方案的热释电红外传感器，由于利用了红外滤光片来对高背景噪声进行初次过滤，起到了降低背景噪声的作用，同时，由于两块红外滤光片之间的间距为1mm，是保证探测距离远、探测视角宽的最佳间距，使得传感器可以在阳光下正常工作，且探测距离和探测视角都满足客户要求。解决了红外传感器在阳光下不能正常工作的行业难题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的截面示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，热释电红外传感器，包括内径为8.25mm的圆环形管帽1，圆环形管帽1罩在圆环形管帽3上，所述圆环形管帽1窗口中镶嵌有红外滤光片2，所述圆环形管帽3窗口中镶嵌有红外滤光片4，所述红外滤光片2的下表面与红外滤光片4的上表面的间距为1mm，探测敏感元5在保持器6上，所述保持器6支垫在陶瓷基片8和探测敏感元5之间，三极管7置于陶瓷基片8中间设置的通孔中，陶瓷基片8置于管座9上，所述圆环形管帽3罩在管座9上，所述圆环形管帽1罩在圆环形管帽3上.

热释电红外传感器由三部分组成：一：圆环形管帽1、红外滤光片2、圆环形管帽3、红外滤光片4和管座9构成有电磁屏蔽功能、双重滤光功能、密封防水功能的外壳.二：探测敏感元5和保持器6构成光电转换器件。三：场效应三极管7和陶瓷基片8构成阻抗匹配器。

上述三部分的作用和功能如下：

圆环形管帽1窗口中镶嵌有红外滤光片2：圆环形管帽1的作用是对阳光中的8-14um以外的红外线进行第一次过滤。

圆环形管帽3窗口中镶嵌有红外滤光片4：圆环形管帽3的作用是对阳光中的8-14um以外的红外线进行第二次过滤，与管座9构成有电磁屏蔽功能、滤光功能、密封防水功能的外壳.

探测敏感元5：该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的在于消除因环境温度和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号可在内部相互抵消的原理，使传感器起到补偿作用。用来制造热释电红外探测敏感元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0.2～20μm。红外辐射在大气中传播时会被大气吸收而降低辐射强度，不过这种吸收对整个红外辐射波段的吸收是不均匀的。在1～2.5μm、3～5μm、8～14μm这三个波长范围内，大气的吸收是很小的。人体辐射的红外线波长为9.5μm，恰好位于8～14μm这个大气窗口的波长范围内。因此人体发出的红外辐射能够较好地穿过大气到达热释电红外传感器。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电红外传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后通过红外滤光片2，再通过红外滤光片4，加至探测敏感元上，探测敏感元将红外光信号转换成电信号。

场效应三极管7：探测敏感元将红外光信号转换成电信号经过由场效应三极管7组成的源极跟随器输出，因此传感器会输出探测信号电压。热释电红外探测敏感元的阻抗高达1000MΩ，因此必须采用变换元件对其输出的信号进行阻抗变换后才能作为控制信号输出。通常使用具有高输入阻抗的场效应管，将其接成源极跟随器，使其变成低输出阻抗的控制信号，与放大器的输入端相匹配。

热释电红外传感器的工作原理：

自然界的任何物体，只要其温度高于绝对零度(-273℃)，总是不断地向外发出红外辐射，并以光的速度传播能量。物体向外辐射红外辐射的能量与物体的温度和红外辐射的波长有关。假定物体发射红外辐射的峰值波长为λm，它的温度为T，则辐射能量等于红外辐射的峰值波长为λm与物体温度T的乘积。这一乘积为一常数，即λm·T＝2998≈3000(μm·K)。

物体的温度越高，它所发射的红外辐射的峰值波长越小，发出红外辐射的能量也越大。

某些被称为“铁电体”的电介质材料，如钛酸铅、硫酸三甘肽、钽酸锂等，，受到红外辐射后其温度会升高，这种现象称为红外辐射的热效应。能够在红外辐射下产生热效应的材料称为高热电系数材料。上述材料便是这种能在红外辐射下产生热效应的高热电系数材料。

通常，电介质的内部是没有载流子的，因此它没有导电能力。但是任何电介质毫无例外地都是由带电粒子组成的，即由电子和原子核组成的。在外加电压的作用下，这些带电粒子也要发生移动，带正电荷的粒子趋向负极，带负电荷的粒子趋向正极。其结果是使电介质的一个表面带正电，另一个表面带负电，我们称这种现象为电极化。在电压加上去的瞬间到电极化状态建立起来的这段时间内，电介质内部的电荷顺着外加电场的方向运动，形成一种电流，这个电流成为位移电流。但是当极化状态建立之后，位移电流即消失。对于大多数的电介质，当电压除去后，极化状态随之消失，其带电粒子的运动又恢复原态。

对于上述现象，某些铁电体电介质材料却是个例外，像上述的几种铁电体材料，当被极化后撤去外加电压时，这种极化现象仍然被保留下来，这种现象被称为自发极化。自发极化的强度与温度相关，当温度升高时，极化强度降低。

自发极化的铁电体平时靠捕捉大气中的浮游电荷保持平衡状态。当受到红外辐射后，其内部温度便会升高，介质内部的极化状态便随之降低，它的表面电荷浓度也降低了。这也就相当于“释放”了一部分电荷，这种现象称为电介质的热释电效应。将释放出的电荷通过放大器放大后就成了一种控制信号，利用这一原理制成的红外传感器称为热释电红外传感器。

需要指出的是，如果红外辐射持续下去，电介质的温度就会升到新的平衡状态，表面电荷也同时达到平衡。这时它就不再释放电荷，也就不再有信号输出了，因此，对于这类热释电红外传感器，只有在红外辐射强度不断变化，它的内部温度随之不断升降的过程中，传感器才有信号输出，而在稳定状态下，输出信号则为零。因此在应用这类传感器时，应设法使红外辐射不断变化，这样才能使传感器不断有信号输出。为了满足这一要求，通常在热释电传感器的使用中，总是要在它的前面加装一个菲涅尔透镜。

普通的热释电红外传感器的工作过程是：人体发出的红外光投射到菲涅尔透镜上，经透镜聚焦、放大后再投射到红外滤光片上，红外滤光片滤除杂波后再投射到探测敏感元上，探测敏感元将光信号变成电信号由场效应管输出。管帽、管座、红外滤光片构成密闭的环境以防止水气和电磁杂波的进入。

本发明热释电红外传感器的工作过程是：人体发出的红外光经过圆环形管帽1窗口中镶嵌有红外滤光片2进行第一次滤光，再经过圆环形管帽3窗口中镶嵌有红外滤光片4进行第二次滤光后直接投射到探测敏感元上，探测敏感元将光信号变成电信号由场效应管输出。管帽3、红外滤光片4、管座9构成密闭的环境以防止水气和电磁杂波的进入。

本发明热释电红外传感器的创新之处在于：巧妙的在热释电红外传感器的管帽上加扣一个大一些的镶嵌有红外滤光片的管帽，来对含有杂波的红外线信号进行第一次滤光，再经过热释电红外传感器本身的红外滤光片的第二次滤光，以达到消除杂光干扰的目的。采用本方案的热释电红外传感器，由于利用了红外滤光片2对高背景噪声进行初次过滤，起到了降低背景噪声的作用，同时，由于两块红外滤光片之间的间距为1mm，是保证探测距离远、探测视角宽的最佳间距，使得热释电红外传感器可以在阳光下正常工作，且探测距离和探测视角都能满足客户要求。解决了热释电红外传感器在阳光下不能正常工作的行业难题。本方案为所有使用不同厂家的热释电红外传感器在阳光下正常工作的改善提供了技术和物质支持。本方案的管帽内径为8.25mm，热释电红外传感器的管帽外径为8.20mm，各种型号的热释电红外传感器，扣上本方案的管帽，就可以在阳光下正常工作。

Claims (4)

1.热释电红外传感器，包括圆环形管帽(1)，其特征在于：所述圆环形管帽(1)窗口中镶嵌有红外滤光片(2)，所述圆环形管帽(3)窗口中镶嵌有红外滤光片(4)，探测敏感元(5)在保持器(6)上，所述保持器(6)支垫在陶瓷基片(8)和探测敏感元(5)之间，三极管(7)置于陶瓷基片(8)中间设置的通孔中，陶瓷基片(8)置于管座(9)上，所述圆环形管帽座(3)罩在管座(9)上，所述圆环形管帽(1)罩在圆环形管帽(3)上。

2.按照权利要求1所述的热释电红外传感器，其特征在于：所述圆环形管帽(3)上罩有圆环形管帽(1)。

3.按照权利要求1所述的热释电红外传感器，其特征在于：圆环形管帽(1)内径为8.25mm。

4.按照权利要求1所述的热释电红外传感器，其特征在于：所述红外滤光片(2)的下表面与红外滤光片(4)的上表面的间距为1mm。

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