双探测元热释电红外传感器的设计
SD02型热释电红外传感器
SD02型热释电红外传感器为国产（上海）器件，在国内的防盗报警器中有一定的应用。下面介绍SD02型热释电红外传感器的结构、原理及应用。
3.3.1 SD02型热释电红外传感器的组成和原理
SD02型热释电红外传感器由热释电敏感元件（两个）、场效应管、高阻值电阻Rg和滤光片（FT）等组成。SD02型热释电红外传感器的外形尺寸、内部结构及内部电器连接图如图2、4、5所示
热释电红外传感器内部由光学滤镜、场效应管、红外感应源(热释电元件)、偏置电阻、EMI电容等元器件组成，其内部电路框图如图5所示
3.3.2 SD02型热释电红外传感器的主要性能参数
SD02属双元件型热释电红外传感器件，接收波长范围为6.5~14μm，适用于保安防范系统的人体探测、自动灯开关控制等。
SD02热释电红外传感器的主要性能参数列于下表
表1：
参数名称 参数值 单位 备注
灵敏元尺寸 2×1 ㎜×㎜
灵敏元间距 1 mm
信号 1.7（最小值） V 420k黑体温度，1Hz
Φ＝12㎜，d=40㎜
72.5dB放大
0.4～3.5Hz
2.5（典型值） V
噪声 60（典型值） mV
100（最大值） mV
平衡度（双元件） 10%（最大值）
窗口通带 7.5～14 µm
工作电压（DC） 5（典型值） V
2.2～10 V
工作电流 13（典型值） µA
源极电压 0.6（典型值） V
工作温度 -10℃～50℃
保存温度 -30℃～80℃
视场 106×96
窗
口 基本厚度 1 mm 硅材料
前截止 6.6 µm
平均
透过率 ﹥72% 7.5～14µm
﹤0.1％ ＜5µm
3.4敏感元件
敏感元用红外热释电材料 — 锆钛酸铅(PZT)制成，经极化处理后，其剩余极化强度随温度T升高而下降。制作敏感元件时，将热释电材料制成很小的薄片，再在薄片两面镀上电极，构成两个串联的、有极性的小电容。把两个极性相反的热释电敏感元做在同一晶片上，由于温度的变化影响整个晶片产生温度变化时，两个敏感元产生的热释电信号互相抵消，起到补偿作用。
使用热释电传感器时，通常要在使用菲涅尔透镜将外来红外辐射通过透镜会聚光于一个传感元上，它产生的信号不会被抵消。
PZT双敏感元具有如下优点：
① 可以防止太阳光等红外辐射引起的误差或误动作；
② PZT元件具有压电效应，双PZT元件可以消除因振动而引起的误 差；
③ 能消除因周围环境温度变化而引起的误差。
因此，它只在由于外界的辐射而引起它本身的温度变化时，才会给出一个相应的电信号，当温度的变化趋于稳定后，就再没有信号输出，即热释电信号与它本身的温度的变化率成正比。或者说，热释电效应只对运动的人体或物体敏感。
3.5场效应管及高阻值电阻
敏感元的阻值可达107Ω，因此需用场效应管进行阻抗变换才能应用。场效应管常用2SK303V3，2SK94X3等型号，用来构成源极跟随器。高阻值电阻Rg的作用是释放栅极电荷，使场效应管安全正常工作，源极输出接法时，源极电压约0.4—1.0V。
3.6 滤光片(FT)
PZT制成的敏感元件是一种广谱材料，能探测各种 波长辐射。为了使传感器对人体最敏感，而对太阳、电灯光等有抗干扰性，传感器采用了滤光片作窗口。滤光片是在Si基片上镀多层膜制成的。每个物体都能发出红外辐射，其辐射峰值波长满足维思位移定律。对于人体体温(约36℃)，辐射的最长波长为 λm=2898／309≈9.4μm，也就是说，人体辐射在9.4μm处最强，红外滤光片选取了7.5～14μm波段，能有效地选取人体的红外辐射。红外滤光片透射曲线如上图所示。由图6可见，小于6.5μm的光锐减至0，6.5～15.0μm的辐射，其透射率达60％以上，因此，为了滤除太阳、电灯等的干扰光，特别是滤除近红外辐射，在热释电传感元前加上一个7.5～14µm的干涉滤光片，可以有效地使人体发出的红外光透射过去，而使波长小于7.5µm和大于14µm的红外线被吸收，只让对人体敏感的红外光谱通过。
