紅外線傳感器依動(dòng)作可分為：
 (1) 將紅外線一部份變換為熱，藉熱取出電阻值變化及電動(dòng)勢(shì)等輸出信號(hào)之熱型。
 (2) 利用半導(dǎo)體遷徙現(xiàn)象吸收能量差之光電效果及利用因PN 接合之光電動(dòng)勢(shì)效果的量子型。
 熱型的現(xiàn)象俗稱為焦熱效應(yīng)，其中最具代表性者有測(cè)輻射熱器 (Thermal Bolometer)，熱電堆(Thermopile)及熱電(Pyroelectric)元件。熱型及量子型的一般特征如表1 所示，在此僅就熱型之熱電型紅外線傳感器加以說明。

 

 

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)

熱型

 

常溫動(dòng)作

波長(zhǎng)依存性(波長(zhǎng)不同

感度有很大之變化者)

并不存在

便宜

感度低

響應(yīng)慢(mS 之譜)

 

量子型

 

感度高

響應(yīng)快速(μS 之譜)

必須冷卻(液體氮?dú)?

有波長(zhǎng)依存性

價(jià)格偏高

            表1 紅外線熱型、量子型比較

 

此傳感器特別是利用遠(yuǎn)紅外線范圍的感度做為人體檢出用，如圖1所示紅外線的波長(zhǎng)比可見光長(zhǎng)而比電波短。紅外線讓人覺得只由熱的物體放射出來，可是事實(shí)上不是如此，凡是存在于自然界的物體，如人類、火、冰等等全部都會(huì)射出紅外線，只是其波長(zhǎng)因其物體的溫度而有差異而已。例如圖1 中，人體的體溫約為36～37℃，所放射出峰值為9～10μm的遠(yuǎn)紅外線，另外加熱至400～700℃的物體，可放射出峰值為3～5μm 的中間紅外線。
 

 
                           圖1 溫度不同紅外線波長(zhǎng)的差異
 紅外線傳感器系可以檢出這些物體所發(fā)射之各種紅外線(溫度)的感知器。
 
 特征
 熱電型紅外線傳感器系利用熱電效果，其材料則使用強(qiáng)介質(zhì)陶瓷體 (Dielectric Ceramic)，鉭酸鋰(LiTaO3)等單結(jié)晶及PVDF 等有機(jī)材料，
 熱電型紅外線傳感器具有下列幾項(xiàng)特征：
 (1) 由于系檢知從物體放射出出來的紅外線，所以不必直接接觸就能夠感知物體表面的溫度，故人體檢知以及移動(dòng)中物體的溫度當(dāng)然均能以非接觸之方式測(cè)得。
 (2) 熱電型紅外線傳感器系接受檢知對(duì)象物所發(fā)出的紅外線，因此是被動(dòng)型[請(qǐng)參照?qǐng)D2(a)]，由于不是圖(b)所示的主動(dòng)型，所以并不需要校對(duì)投光器、受光器之光軸等煩瑣的作業(yè)。
 

 

                  (a)被動(dòng)型                                      (b)主動(dòng)型
                                       圖2人體檢知的方法

(3) 熱電效果系溫度變化而產(chǎn)生的，這將在稍后說明之，因此只接受因溫度變化之能量(Energy)，而熱電型紅外線傳感器將電壓微分而輸出之。
 
 原理
 首先介紹熱電效果，如圖3 所示，感知組件系使用PZT(鈦酸鋯酸鉛系陶瓷體)強(qiáng)介質(zhì)陶瓷體，在感知組件施加高壓電(3KV～5KV/mm)
 而分極之，藉這種方法，組件表面顯現(xiàn)的正負(fù)電荷會(huì)和空氣中相反之電荷結(jié)合而呈電氣中和狀，如圖2-24 所示。當(dāng)組件的表面溫度變化時(shí)，
 感知組件分極的大小會(huì)隨著溫度變化而變化，因此穩(wěn)定時(shí)之電荷中和狀態(tài)就崩潰，而感知組件表面電荷與吸著雜散電荷的緩和時(shí)間不同，所以會(huì)形成電氣上的不平衡，而產(chǎn)生沒有配對(duì)的電荷，如圖3(b)所示。
 
 像這種因溫度變化而產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為熱電效果，設(shè)若產(chǎn)生之電荷為Δθ，溫度變化為ΔＴ，則Δθ／ΔＴ＝λ(庫侖／℃)，就是熱電
 系數(shù)。實(shí)際上的傳感器到底是如何利用熱電效果呢？請(qǐng)參考傳感器內(nèi)部構(gòu)造及本文之解說，圖4 所示系熱電型紅外線傳感器的構(gòu)造。
  
     (a)穩(wěn)定時(shí)(T)K                                     (b)溫度剛變化之后(T+ΔT)K
                          圖3熱電型紅外線傳感器的原理

 
           圖4 熱電型紅外線傳感器的內(nèi)部構(gòu)造
 (1) 各種波長(zhǎng)的紅外線射入傳感器。
 (2) 組件頂端之入射窗以濾光鏡(Filter)覆蓋著，只讓必要的紅外線通過，而將不要的紅外線隔絕。
 (3) 位于感知組件表面的熱吸收膜會(huì)將紅外線變換成熱。
 (4) 感知組件的表面溫度上升，因熱電效果之故，就產(chǎn)生表面電荷。
 (5) 產(chǎn)生的表面電荷以FET 放大且變換阻抗。
 (6) 從漏極(Drain)供給FET 動(dòng)作所需的電壓。
 (7) 放大后的電氣信號(hào)會(huì)于外部所接的源極 ─ 地端之電阻上顯現(xiàn)出來，而與偏壓重迭之后取出。 

應(yīng)用：
 (1) 可作為入侵警報(bào)器(Intrusion detector)。
 (2) 移動(dòng)偵測(cè)器(Motion sensing)。
 (3) 自動(dòng)照明(Automatic light control)。
 (4) 自動(dòng)門控制(Automatic door control)。

特性:

 

項(xiàng) 目

最小典型 最大單位 測(cè)試條件

檢驗(yàn)型式

雙組件型    

 

響 應(yīng)

2300 2800 3300 V/W

8~14μm/1Hz

噪 音

    

25℃/.3~10Hz

飄移電壓

0.2 0.6 1.5 V

Rs=47KΩ

輸出阻抗

  10 KΩ

 

操作溫度

 -40~70  ℃

ΔT<5℃/min

操作電壓

3  15 V

直流

操作電流

4 20 50 μA

 

 

使用注意
 (1) 使用聚熱組件時(shí)如CMOS等，應(yīng)防止靜電感應(yīng)破壞組件。
 (2) 避免使用于溫度改善在3℃／分(3℃／minute)以上之場(chǎng)所。
 (3) 僅量避免手指接觸傳感器之偵測(cè)壁，必要時(shí)可用棉花沾酒精擦拭。

應(yīng)用電路：人體焦耳式體溫感測(cè)
 

 

 

焦耳式體溫傳感器，由于靜電效應(yīng)輸出阻抗很高，因此基板之一側(cè)連接一FET 作為阻抗匹配的電壓隨耦器，工作時(shí)需加直流于D極和S 極。
 當(dāng)人體接近感知器時(shí)，在源極(S)端感應(yīng)一脈沖信號(hào)，送至運(yùn)算放大器做一正向放大器。調(diào)整VR1MΩ，可改變輸出的放大倍數(shù)。