敏感元用红外热释电材料的设计
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。
3.7热释电红外探测器的工作原理
热释电红外传感器内部的热释电晶体具有极化现象，并且随温度的变化而变化。当恒定的红外辐射照射在探测器上时，热释电晶体温度不变，晶体对外呈电中性，探测器没有电信号输出，因而恒定的红外辐射不能被检测到。当交变的红外线照射到晶体表面时，晶体温度迅速变化，这时才发生电荷的变化，从而形成一个明显的外电场，这种现象称为热释电效应。由于热释电晶体输出的是电荷信号，不能直接使用，需要用电阻将其转换为电压形式，该电阻阻抗高达10000兆欧，故引入N沟道结型场效应管接成共漏形式(即源极跟随器)来完成阻抗变换。报警电路中通常采用双探测元热释电红外传感器，其结构示意图如图4所示。该传感器将两个特性相同的热释电晶体逆向串联，用来防止其他红外光引起传感器误动作。另外，当环境温度改变时，两个晶体的参数会同时发生变化，这样可以相互抵消，避免出现检测误差。该传感器使用时，D端接电源正极，G端接电源负极，s端为信号输出。
