CN106289540B - 红外热释电感应单元及红外热释电传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种红外热释电感应单元及红外热释电传感器,该红外热电感应单元包括红外感应本体、至少两个上电极、以及至少一个下电极，其中，红外感应本体设置在至少两个上电极和至少一个下电极之间，并将至少两个上电极吸收的红外辐射热能转换为电响应信号，至少两个上电极在第一方向上分开设置在红外感应本体的第一表面，用于吸收红外辐射热能，并引出电响应信号，至少一个下电极设置在红外感应本体的第二表面，用于引出电响应信号。本发明结构设计简单、响应速度快、灵敏度高、方向性好、抗干扰能力强，解决了以往的传感器响应慢、灵敏度低、方向性差等问题。

Description

红外热释电感应单元及红外热释电传感器

技术领域

本发明涉及传感器的技术领域，更具体地说，涉及一种红外热释电感应单元及红外热释电传感器。

背景技术

随着时代的进步、科学技术水平的不断提高，人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面，不得不时刻留意那些不速之客。现在很多小区、办公区或一些特殊场所都安装了智能报警系统，因而大大提高了这些场所的安全性，有效保证了人们的人身财产安全。由于红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。

但是，红外热释电传感器对人体的敏感程度和人的运动方向有很大的关系，通常红外热释电传感器对于径向移动反应最不敏感，而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感。而现有的红外热释电传感器的感应元通常都是单元设计，这种设计方式功耗大，在不产生热辐射能即没有人体在感测范围内移动时容易受到外界热量的干扰，抗干扰能力低，且现有的设计方向性差，灵敏度低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种红外热释电感应单元，包括红外感应本体、至少两个上电极、以及至少一个下电极，其中，

所述红外感应本体设置在所述至少两个上电极和所述至少一个下电极之间，并将所述至少两个上电极吸收的红外辐射热能转换为电响应信号；

所述至少两个上电极在第一方向上分开设置在所述红外感应本体的第一表面，用于吸收红外辐射热能，并引出电响应信号；

所述至少一个下电极设置在所述红外感应本体的第二表面，用于引出电响应信号。

优选地，所述上电极包括两个上电极，且所述两个上电极相互绝缘，所述下电极包括一个下电极；所述上电极与所述下电极的位置相对设置。

优选地，所述两个上电极上分别设置有用于连接导线的焊接位。

优选地，所述上电极包括沿顺时针方向依次设置的第一上电极、第二上电极、第三上电极、以及第四上电极，其中，所述第二上电极与所述第四上电极连接，所述下电极包括分开设置在所述第一方向上的两个下电极，且所述两个下电极相互绝缘，所述上电极与所述下电极的位置相对设置。

优选地，所述第一上电极和所述第四上电极上分别设置有用于连接导线的焊接位。

优选地，所述上电极为设置在所述红外感应本体上的金黑金属薄膜。

优选地，所述红外感应本体为钽酸锂感应本体。

优选地，所述红外感应本体的厚度为0.045-0.065mm。

本发明还提供一种红外热释电传感器，包括前面所述的红外热释电感应单元、顶部设有窗口的管帽、红外滤光片、设置在所述管帽底部的底板、封装在所述管帽内的信号处理器，其中，

所述红外热释电感应单元通过在所述至少两个上电极上的焊接位打线连接的导线将所述红外热释电感应单元产生的电响应信号输送至所述信号处理器，所述红外热释电感应单元的下电极贴装在所述底板上；

所述信号处理器贴装在所述底板上，用于处理所述红外热释电感应单元产生的电响应信号；

所述红外滤光片贴装在所述管帽上，用于过滤通过所述窗口的红外热辐射能。

优选地，所述底板为陶瓷基板。

实施本发明的红外热电感应单元及红外热释电传感器，具有以下有益效果：本发明采用的红外热释电感应单元包括红外感应本体、至少两个上电极、以及至少一个下电极，这种结构设计简单、响应速度快、灵敏度高、方向性好、抗干扰能力强，解决了以往的传感器响应慢、灵敏度低、方向性差等问题，同时本发明的红外热释电传感器采用陶瓷基板作为底板，红外热释电感应单元直接贴装在陶瓷基板上，不需要额外增加管脚，且可以采用批量贴装技术，提高了生产效率，另外，采用陶瓷基板作为底板绝缘效果好，经济环保。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明红外热释电感应单元的剖面结构示意图；

图2是本发明红外热释电感应单元一实施例的结构设计示意图；

图3是本发明红外热释电感应单元另一实施例的结构设计示意图；

图4是本发明红外热释电感应单元一实施例的等效电路示意图；

图5是本发明红外热释电传感器一实施例的剖面结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明一实施例的红外热电感应单元103，该红外热释电感应单元103包括红外感应本体11、至少两个上电极10、以及至少一个下电极12。

该红外感应本体11设置在至少两个上电极10和至少一个下电极12之间，用于将至少两个上电极10吸收的红外辐射热能转换为电响应信号，其厚度为0.045-0.065mm，优选地，红外感应本体11为钽酸锂感应本体；即红外感应本体11的材料优选钽酸锂材料，与现有的感应材料相比(如锆钛酸铅(PZT)等热释电感应材料)，钽酸锂材料居里温度高，热释电系数大，相对介电常数小，使用钽酸锂制备的传感器可以在室温条件下工作，对光谱响应一致性较好。

至少两个上电极10在第一方向上分开设置在红外感应体11的第一表面，用于吸收红外辐射热能，并引出电响应信号。优选地，上电极10是设置在红外感应本体11上的金黑金属薄膜，该金黑金属薄膜可以很好地吸收红外辐射热能。上电极10为导电性能良好的电极，同时上电极10除具备良好的导电性能外，还具有较高的红外辐射吸收率，通常上电极10可选用对红外辐射吸收率较好的材料，如可采用金、铂、铬、镍等材料作为上电极10的材料，优选铬或镍铬为电极材料。

至少一个下电极12设置在红外感应本体11的第二表面，用于引出电响应信号。可以理解地，下电极12为导电性能良好的电极。

如图2所示，是本发明红外热释电感应单元一实施例，上电极10包括两个上电极、且两个上电极相互绝缘，其中，两个上电极在第一方向上分开设置在红外感应本体11的第一表面，用于引出电响应信号，而且在两个上电极上设置有用于连接导线的焊接位。即可通过在该焊接位打线，引出相应的导线将红外热释电感应单元103产生的电响应信号传送出来。可以理解地，第一方向可以为水平方向或者垂直方向。第一表面可以为上表面或下表面。即两个上电极在水平方向上分开设置在红外感应本体11的上表面(或下表面)，也可以在垂直方向上分开设置在红外感应本体11的上表面(或下表面)。

下电极12包括一个下电极，下电极设置在红外感应本体11的第二表面，用于引出电响应信号。

进一步地，上电极10与下电极12的位置相对设置，即上电极10与下电极12相对设置在红外感应本体11的第一表面和第二表面。

根据感应原理，当在可探测范围内产生红外辐射热能时，红外热释电感应单元103中的上电极10吸收红外辐射热能，红外感应本体11将上电极10吸收的红外辐射热能通过钽酸锂的热释电效应将红外辐射热能转换为电响应信号，上电极10与相对设置在红外感应本体11第二表面的下电极12形成相应的电压差，从而将该电响应信号引出。

如图3、4所示，是本发明红外热释电感应单元另一实施例，下电极12包括两个在第一方向上分开设置在红外感应本体11的第二表面的第一下电极和第二下电极，而且第一下电极与第二下电极相互绝缘。

上电极10包括四个在第一方向上分开设置在红外感应本体11的第一表面的第一上电极、第二上电极、第三上电极、以及第四上电极，其中，第一上电极、第二上电极与第一下电极的位置相对设置，且第一上电极和第二上电极在第一方向上分开设置，第三上电极、第四上电极与第二下电极的位置相对设置，且第三上电极和第四上电极在第一方向上分开设置；

第二上电极与第三上电极连接，第一上电极与第四上电极绝缘。

进一步地，在第一上电极和第四上电极上分别设置有用于连接导线的焊接位。可以理解地，通过在该焊接位打线连接导线，导线将红外热释电感应单元103产生的电响应信号传送出来。

如图4所示，为本发明红外热释电感应单元一实施例的等效电路图，结合图3，第一上电极、与其位置相对设置的第一下电极、以及红外感应本体11等效为电容1；第二上电极、与其位置相对设置的第一下电极、以及红外感应本体11等效为电容2；第三上电极、与其位置相对设置的第二下电极、以及红外感应本体11等效为电容3；第四上电极、与其位置相对设置的第二下电极、以及红外感应本体11等效为电容4。

可以理解地，根据感应原理，当人体在第一方向上行进时，由于人体产生红外热能，此时第二上电极和第四上电极先做出响应，即第二上电极和第四上电极先吸收人体产生的红外辐射热能，红外感应本体11将第二上电极与第四上电极吸收的红外辐射热能通过钽酸锂的热释电效应将红外辐射热能转换为电响应信号，电容2和电容4的两端产生电压。当人体继续在第一方向上行进时，第一上电极与第三上电极做出响应，电容1和电容3的两端产生电压。根据等效电路图可得当人体在第一方向上行进时，红外热电感应单元103实际产生的电压相当于双元的两倍。同理，当人体在第二方向上行进时，第三上电极和第四上电极先做出响应，第一上电极和第二上电极后作出响应，即人体在同一方向上行进时红外热释电感应单元103做出两次感应，从而大大提高了感应的灵敏度。

如图5所示，本发明还公开了一种红外热释电传感器，该红外热释电传感器包括红外热释电感应单元103、顶部设有窗口的管帽100、红外滤光片101、设置在管帽100底部的底板200、以及封装在管帽100内的信号处理器102。

管帽100与底板200封装在一起，起支撑和保护作用。可以理解地，管帽100的材质可选用金属材质或者塑胶材质。

红外热释电感应单元103直接贴装在底板200上。红外热电感应单元103接收穿过红外滤光片101的红外热辐射能，将接收到的红外热辐射能转换为电响应信号，并通过在第一方向上分开设置在其第一表面的至少两个上电极10上的焊接位连接的导线将电响应信号输送至信号处理器102。

另外，红外热释电感应单元103采用SMT技术直接贴装在陶瓷基板上，不需要管脚，从而减小了红外热释电传感器的体积，占用空间小，同时还可以采用SMT技术进行批量贴装，效率高。该种结构的红外热释电传感器还可以使用波峰焊工艺实现批量PCB组装生产，简化了生产工艺流程，提高了生产效率。

信号处理器102贴装在底板200上，用于处理红外热释电感应单元103产生的电响应信号。可以理解地，信号处理器102可以为常规的用于处理信号的IC芯片，具体的型号及规格可根据实际需要确定，本发明对此不做限定。

红外滤光片101贴装在管帽100的窗口处，用于过滤通过窗口的红外热辐射能。

底板200设置在管帽100的底部，可以理解地，底板200主要用于作为为信号处理器102、红外热释电感应单元103的载体，同时在底板200内设置电路，并与管帽100形成紧密封装，起到支撑及保护红外热释电传感器的作用。优选地，底板200为陶瓷基板。可以理解地，采用陶瓷基板作底板绝缘效果好，可以在陶瓷基板上设置电路，而且相对热阻高，对红外信号的热损失小，经济环保。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种红外热释电感应单元，其特征在于，包括红外感应本体、至少两个上电极、以及至少一个下电极，其中，

所述红外感应本体设置在所述至少两个上电极和所述至少一个下电极之间，并将所述至少两个上电极吸收的红外辐射热能转换为电响应信号；

所述至少两个上电极在第一方向上分开设置在所述红外感应本体的第一表面，用于吸收红外辐射热能，并引出电响应信号；

所述至少一个下电极设置在所述红外感应本体的第二表面，用于引出电响应信号；

所述下电极包括两个在所述第一方向上分开设置在所述红外感应本体的第二表面的第一下电极和第二下电极，所述第一下电极与所述第二下电极相互绝缘；

所述上电极包括四个在所述第一方向上分开设置在所述红外感应本体的第一表面的第一上电极、第二上电极、第三上电极、以及第四上电极，其中，

所述第一上电极、所述第二上电极与所述第一下电极的位置相对设置，且所述第一上电极和所述第二上电极在所述第一方向上分开设置；

所述第三上电极、所述第四上电极与所述第二下电极的位置相对设置，且所述第三上电极和所述第四上电极在所述第一方向上分开设置；

所述第二上电极与所述第三上电极连接，所述第一上电极与所述第四上电极绝缘。

2.根据权利要求1所述的红外热释电感应单元，其特征在于，所述第一上电极和所述第四上电极上分别设置有用于连接导线的焊接位。

3.根据权利要求1所述的红外热释电感应单元，其特征在于，所述第一上电极、所述第二上电极、所述第三上电极和所述第四上电极为设置在所述红外感应本体上的金黑金属薄膜。

4.根据权利要求3所述的红外热释电感应单元，其特征在于，所述红外感应本体为钽酸锂感应本体。

5.根据权利要求4所述的红外热释电感应单元，其特征在于，所述红外感应本体的厚度为0.045-0.065mm。

6.一种红外热释电传感器，其特征在于，包括权利要求1至5任一项所述的红外热释电感应单元、顶部设有窗口的管帽、红外滤光片、设置在所述管帽底部的底板、以及封装在所述管帽内的信号处理器，其中，

所述红外热释电感应单元通过在所述至少两个上电极上的焊接位打线连接的导线将所述红外热释电感应单元产生的电响应信号输送至所述信号处理器，所述红外热释电感应单元的下电极贴装在所述底板上；

所述信号处理器贴装在所述底板上，用于处理所述红外热释电感应单元产生的电响应信号；

所述红外滤光片贴装在所述管帽上，用于过滤通过所述窗口的红外热辐射能。

7.根据权利要求6所述的红外热释电传感器，其特征在于，所述底板为陶瓷基板。