Principios de los sensores de infrarrojos Los sensores de infrarrojos se pueden dividir según sus acciones:
(1) Convertir parte de los rayos infrarrojos en calor y utilizar el calor para extraer el calor de salida. señales como cambios de valor de resistencia y tipo de fuerza electromotriz.
(2) Tipo cuántico que utiliza el efecto fotoeléctrico del fenómeno de migración de semiconductores para absorber la diferencia de energía y utiliza el efecto de fuerza fotoelectromotriz debido a la unión PN.
El fenómeno térmico se conoce comúnmente como efecto pirocalor, siendo los más representativos los componentes bolómetros (Thermal Bolometer), termopila (Thermopile) y termoeléctricos (Pyroelectric). Las características generales del tipo térmico y del tipo cuántico se muestran en la Tabla 1. Aquí solo se explicará el sensor infrarrojo piroeléctrico de tipo térmico. Ventajas Desventajas El funcionamiento a temperatura normal de tipo térmico depende de la longitud de onda (la sensibilidad cambia mucho con diferentes longitudes de onda) No es barato Baja sensibilidad y respuesta lenta (espectro mS) El tipo cuántico tiene alta sensibilidad y respuesta rápida (espectro μS) Requiere refrigeración (nitrógeno líquido) El precio es más alto debido a la dependencia de la longitud de onda. Tabla 1 Comparación del tipo térmico infrarrojo y el tipo cuántico Este sensor utiliza especialmente la sensibilidad en el rango del infrarrojo lejano para la detección del cuerpo humano. luz visible y más corta que las ondas de radio. Los rayos infrarrojos hacen pensar que solo los emiten objetos calientes, pero en realidad no es así. Todos los objetos que existen en la naturaleza, como los humanos, el fuego, el hielo, etc., emiten rayos infrarrojos, pero sus longitudes de onda varían. dependiendo de la temperatura del objeto. Por ejemplo, en la Figura 1, la temperatura corporal del cuerpo humano es de aproximadamente 36-37 °C y emite rayos infrarrojos lejanos con un valor máximo de 9-10 μm. Además, los objetos se calientan a 400-700 °C. Puede emitir rayos infrarrojos medios con un valor máximo de 3-5 μm.
Figura 1 Diferencias en longitudes de onda infrarrojas a diferentes temperaturas
Los sensores de infrarrojos son sensores que pueden detectar varios rayos infrarrojos (temperatura) emitidos por estos objetos.
Características
Los sensores infrarrojos piroeléctricos utilizan el efecto termoeléctrico, y sus materiales utilizan monocristales como cerámicas dieléctricas (Dielectric Ceramic), tantalato de litio (LiTaO3) y materiales orgánicos como PVDF. Materiales,
Los sensores infrarrojos piroeléctricos tienen las siguientes características:
(1) Debido a que detectan los rayos infrarrojos emitidos por los objetos, pueden detectar la superficie de los objetos sin contacto directo. Por supuesto, la temperatura de detección del cuerpo humano y de los objetos en movimiento se puede medir sin contacto.
(2) El sensor de infrarrojos piroeléctrico recibe los rayos infrarrojos emitidos por el objeto de detección, por lo que es de tipo pasivo [consulte la Figura 2(a)], porque no es de tipo activo como se muestra en Figura (b), por lo que no es necesario calibrar el eje óptico del emisor y el receptor ni otras tareas engorrosas.
(a) Tipo pasivo (b) Tipo activo
Figura 2 Método de detección del cuerpo humano (3) El efecto termoeléctrico es causado por cambios de temperatura, que se explicarán más adelante. solo acepta energía debido a los cambios de temperatura y el sensor infrarrojo piroeléctrico diferencia el voltaje y lo emite.
Principio
Primero, se introduce el efecto termoeléctrico. Como se muestra en la Figura 3, el componente de detección utiliza un cuerpo cerámico dieléctrico fuerte de PZT (cuerpo cerámico de titanato de circonato de plomo). (3KV ~ 5KV/mm)
En cuanto a la polarización, a través de este método, las cargas positivas y negativas que aparecen en la superficie del componente se combinarán con las cargas opuestas en el aire para volverse eléctricamente neutrales, como Como se muestra en la Figura 2-24. Cuando la temperatura de la superficie del componente cambia,
el tamaño de la polaridad del componente sensor cambiará con el cambio de temperatura. Por lo tanto, el estado de neutralización de la carga colapsa cuando es estable y la carga de la superficie del componente. El componente sensor absorberá cargas perdidas. El tiempo de relajación es diferente, por lo que se producirá un desequilibrio eléctrico, lo que dará como resultado cargas desapareadas, como se muestra en la Figura 3 (b).
/p>
Coeficiente. ¿Cómo utilizan los sensores reales el efecto termoeléctrico? Consulte la estructura interna del sensor y la explicación de este artículo. La Figura 4 muestra la estructura del sensor de infrarrojos piroeléctrico.
(a) Cuando es estable (T)K (b) Justo después de que la temperatura cambia (T+ΔT)K
Figura 3 Principio del sensor infrarrojo piroeléctrico
Figura 4 Estructura interna del sensor de infrarrojos piroeléctrico
(1) Se inyectan rayos infrarrojos de varias longitudes de onda en el sensor.
(2) La ventana de entrada en la parte superior del componente está cubierta con un filtro, lo que permite que solo pasen los rayos infrarrojos necesarios y bloquea los rayos infrarrojos innecesarios.
(3) La película absorbente de calor ubicada en la superficie del componente sensor convierte los rayos infrarrojos en calor.
(4) Cuando la temperatura de la superficie del componente sensor aumenta, se generan cargas superficiales debido al efecto termoeléctrico.
(5) La carga superficial generada se amplifica mediante FET y se convierte la impedancia.
(6) Suministre el voltaje requerido para el funcionamiento del FET desde el drenaje.
(7) La señal eléctrica amplificada aparecerá en la resistencia de tierra de la fuente externa, se superpondrá con el voltaje de polarización y luego se eliminará. Aplicación:
(1) Puede utilizarse como detector de intrusión.
(2) Detección de movimiento.
(3) Control automático de luz.
(4) Control automático de puertas. Características: Proyecto mínimo típico máximo unidad condiciones de prueba tipo de inspección tipo de componente dual respuesta 2300 2800 3300 V/W 8~14μm/1Hz ruido 25℃/.3~10Hz voltaje de deriva 0.2 0.6 1.5 V Rs=47KΩ impedancia de salida 10 KΩ temperatura de funcionamiento - 40~70 ℃ ΔT<5 ℃/min Voltaje de funcionamiento 3 15 V CC Corriente de funcionamiento 4 20 50 μA Precauciones de uso
(1) Cuando se utilizan componentes colectores de calor como CMOS, se debe evitar que la inducción electrostática dañe los componentes.
(2) Evite su uso en lugares donde la temperatura supere los 3 ℃/minuto.
(3) Simplemente evite tocar la pared de detección del sensor con los dedos. Si es necesario, límpielo con un algodón humedecido en alcohol. Circuito de aplicación: sensor de temperatura corporal Joule del cuerpo humano
El sensor de temperatura corporal Joule tiene una alta impedancia de salida debido al efecto electrostático. Por lo tanto, se conecta un FET a un lado del sustrato como seguidor de voltaje de adaptación de impedancia. Es necesario agregarlo durante el funcionamiento. CC en el polo D y el polo S.
Cuando el cuerpo humano se acerca al sensor, se induce una señal de pulso en el extremo de la fuente (S) y se envía al amplificador operacional para que actúe como un amplificador directo. Ajuste VR1MΩ para cambiar el factor de amplificación de salida.