【文章內(nèi)容簡介】 （硫酸三甘酞）等。為了使傳感器能夠長期穩(wěn)定地工作，提高靈敏度，增強抗干擾能力，這里選用了TGS晶體制作的雙型探測器紅外測溫是通過探測物體表面發(fā)射的能量來測量其溫度，由物理學(xué)可知，處于絕對溫度（－℃）以上的任何物體，都要釋放熱能，而紅外輻射溫度計測量其中與溫度有關(guān)波長范圍內(nèi)的熱能，并將其轉(zhuǎn)換與溫度成比例的電信號，由此測出其溫度。據(jù)斯蒂芬－波茲曼常數(shù)，絕對黑體其溫度T于與輻射能之間的關(guān)系為： 其中：σ為蒂芬－波茲曼常數(shù)，1012 w/cm2 ，k4 為黑體的溫度；E0 為黑體輻射能。 實際中大多數(shù)物體為非黑體，其熱輻射公式為： E=εE0其中：E為物體在一定溫度下的輻射能力；E0 為與E在同一溫度下的黑體輻射能力。 ε為黑度系數(shù)，表示物體的發(fā)射能力接近黑體的情況，其值在0～1之間。 由上可知，任何物體只要溫度不是絕對零度都不斷地發(fā)射紅外輻射，物體的溫度越高，輻射的功率就越大，只要知道物體的溫度和它的比輻射率，就可算出它所發(fā)射的輻射功率。所以如果能量出物體的輻射功率，則可確定它的溫度。紅外探測器是紅外熱釋傳感器的重要組成部分。它可以分成熱釋電探測器和光子探測器兩大類：其中，熱釋電探測器是電效應(yīng)工作的探測器，其響應(yīng)速度雖不如光子型，但由于它可在室溫下使用、光譜響應(yīng)寬、工作頻率寬，靈敏度與波長無關(guān)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域廣，容易使用。常用的熱釋電探測器如：LiTaO2(鉭酸鋰) 探測器、BaTi O2(鈦酸鋇) 探測器和TGS（硫酸三甘酞）探測器等。如圖21為熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)圖、電路圖。傳感器的敏感元為PZT，在上下兩面做上電極，并在表面加一層黑色氧化膜以提高其轉(zhuǎn)化效率。它的等效電路是一個在負載電阻上并聯(lián)一個電容的電流發(fā)生器，其輸出阻抗極高，而輸出電壓信號又極其微弱，故在管內(nèi)附有JFET及厚膜電阻，以達到阻抗變大的目的。在管殼的頂部設(shè)有慮光鏡（TO－5封裝）。圖22為熱釋電傳感器的實物照片。圖21圖22熱釋電體的自發(fā)極化強度與溫度有關(guān)。隨著溫度升高，自發(fā)極化強度下降。溫度升高到Tc時，自極化消失，此溫度稱為居里溫度。溫度超過居里溫度，鐵電體發(fā)生變化，從極化晶體變?yōu)榉菢O化晶體，極化強度變?yōu)榱?。由于自發(fā)極化，在與極化軸相垂直的晶體兩外表面上出現(xiàn)正負極化強度。但是這些面束縛電荷常常被晶體內(nèi)部或外部的電荷所中和，因而顯示不出來。因此不能在靜態(tài)條件下測量自發(fā)極化，但是自由電荷和面束縛電荷所需的時間很長，因晶體自發(fā)極化的弛豫時間很短，約10－12s，因此當(dāng)晶體經(jīng)受一定頻率的溫度變化時其體內(nèi)的自由電荷和外部雜散電荷便來不及中和變化著的面束縛電荷，因此可在動態(tài)條件下測量自發(fā)極化。如果在熱釋電晶體沿極化軸的端面裝上電極，那么自發(fā)極化在電極上感應(yīng)的電荷量為： Q=APS當(dāng)紅外輻射照射時，熱釋電晶體溫度升高，自發(fā)極化電晶體溫度升高，自發(fā)極化強度降低，因此電極表面上感應(yīng)電荷減少，這相當(dāng)于“釋放”了一部分電荷，因此稱之為熱釋電現(xiàn)象。如圖23所示的電路連接負載，則在紅外輻射時，就有電流流過負載經(jīng)放大后成為輸出信號。圖23若沒有經(jīng)過調(diào)制的紅外輻射熱釋電晶體，使溫度升高到一個新的平衡值，那么電極表面的感應(yīng)電荷也變化到新的平衡值，不再“釋放”電荷，也就不再輸出信號。因此，熱釋電探測器與其他熱釋探測器不同，它只存在溫度升降的過程中才有信號輸出。所以利用熱釋電探測器探測的紅外輻射必須經(jīng)過調(diào)制。如果用調(diào)制頻率為f的紅外線照射熱釋電晶體，則晶體的溫度自發(fā)極化強度（PS）及其引起的面束縛作電荷密度均以頻率f作周期變化。如果1/f小于自由電荷中和面束縛電荷所需要的時間，那么在垂直于PS的晶體的兩個端面之間就會產(chǎn)生開路電壓。如果用負載電阻Rg把兩個電極連接起來，就會有熱釋電電流Is 通過負載。熱釋電晶體自發(fā)極化強度隨溫度變化，使電極表面感應(yīng)電荷發(fā)生變化，其等效電路如圖24所示。圖24電流源的電流強度為Is為： 式中:p一自發(fā)極化強度對溫度變化率，稱為熱釋電系數(shù)， 菲涅爾透鏡目前人體驗知系統(tǒng)中的光調(diào)制器一般都采用多元陣列式菲涅爾透鏡，它起到紅外輻射收集器和調(diào)制器的雙重作用。熱釋電傳感器只有與菲涅爾透鏡配合使用才能發(fā)揮最大作用。加裝菲涅爾透鏡可使傳感器的探測半徑從不足2m提高到至少8m范圍。菲涅爾透鏡實際是一個透鏡組，每個單元一般都只有一個不大的視場，且相鄰的視場既不連續(xù)，也不交叉，都相隔一個盲區(qū)(如圖4所示)。這樣，當(dāng)人體在裝有菲涅爾透鏡的傳感器監(jiān)控范圍內(nèi)運動時，人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡傳到傳感器上，形成一個不斷交替變化的盲區(qū)和亮區(qū)，使得敏感單元的溫度不斷變化，傳感器從而輸出信號，或者說，人體在監(jiān)控范圍內(nèi)活動時，進人一個視場后，又走出這個視場，再進人另一視場對傳感器而言，相當(dāng)于一會兒看到人，一會兒又看不到人，人體的紅外線輻射不斷改變傳感器的溫度，使之有一個又一個相應(yīng)的電信號。圖25菲涅爾透鏡不僅可以形成亮區(qū)和盲區(qū)，而且還有聚焦作用，其焦距一般在5cm左右菲涅爾透鏡一般由聚乙烯塑料片制成，呈乳白色半透明狀。需要說明的是:在每次接通電源時，傳感器要有幾秒到十幾秒的“預(yù)熱”時間，在這段時期內(nèi)該傳感器不起作用。熱釋電紅外傳感器輸出的檢測信號很小。要經(jīng)過放大、比較等幾個環(huán)節(jié)才能輸出控制信號。使電路執(zhí)行相關(guān)動作。熱釋電紅外傳感器控制電路就是根據(jù)檢測信號的特點和輸出信號的要求，完成上述功能的電路。本套系統(tǒng)采用通用原件構(gòu)成熱釋電紅外傳感器的控制系統(tǒng)。下圖26是控制電路的結(jié)構(gòu)框圖：低頻放大比較整形ViVo圖26LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運算放大器可用圖27所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“”為兩個信號輸入端，“V+”、“V”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi（）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖28。