紅外線傳感器依動作可分為：
 (1) 將紅外線一部份變換為熱，藉熱取出電阻值變化及電動勢等輸出信號之熱型。
 (2) 利用半導體遷徙現象吸收能量差之光電效果及利用因PN 接合之光電動勢效果的量子型。
 熱型的現象俗稱為焦熱效應，其中最具代表性者有測輻射熱器 (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(you) 點

缺點

熱型

 

常溫動作

波長依存性(波長不同

感度有很大之變化者)

並不存在

便宜

感度低

響應慢(mS 之譜)

 

量子型

 

感度高

響應快速(μS 之譜)

必須冷卻(液體(ti) 氮氣)

有波長依存性

價(jia) 格偏高

            表1 紅外線熱型、量子型比較

 

此傳(chuan) 感器特別是利用遠紅外線範圍的感度做為(wei) 人體(ti) 檢出用，如圖1所示紅外線的波長比可見光長而比電波短。紅外線讓人覺得隻由熱的物體(ti) 放射出來，可是事實上不是如此，凡是存在於(yu) 自然界的物體(ti) ，如人類、火、冰等等全部都會(hui) 射出紅外線，隻是其波長因其物體(ti) 的溫度而有差異而已。例如圖1 中，人體(ti) 的體(ti) 溫約為(wei) 36～37℃，所放射出峰值為(wei) 9～10μm的遠紅外線，另外加熱至400～700℃的物體(ti) ，可放射出峰值為(wei) 3～5μm 的中間紅外線。
 

 
                           圖1 溫度不同紅外線波長的差異
 紅外線傳(chuan) 感器係可以檢出這些物體(ti) 所發射之各種紅外線(溫度)的感知器。
 
 特征
 熱電型紅外線傳(chuan) 感器係利用熱電效果，其材料則使用強介質陶瓷體(ti) (Dielectric Ceramic)，鉭酸鋰(LiTaO3)等單結晶及PVDF 等有機材料，
 熱電型紅外線傳(chuan) 感器具有下列幾項特征：
 (1) 由於(yu) 係檢知從(cong) 物體(ti) 放射出出來的紅外線，所以不必直接接觸就能夠感知物體(ti) 表麵的溫度，故人體(ti) 檢知以及移動中物體(ti) 的溫度當然均能以非接觸之方式測得。
 (2) 熱電型紅外線傳(chuan) 感器係接受檢知對象物所發出的紅外線，因此是被動型[請參照圖2(a)]，由於(yu) 不是圖(b)所示的主動型，所以並不需要校對投光器、受光器之光軸等煩瑣的作業(ye) 。
 

 

                  (a)被動型                                      (b)主動型
                                       圖2人體(ti) 檢知的方法

(3) 熱電效果係溫度變化而產(chan) 生的，這將在稍後說明之，因此隻接受因溫度變化之能量(Energy)，而熱電型紅外線傳(chuan) 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，感知組件係使用PZT(鈦酸鋯酸鉛係陶瓷體(ti) )強介質陶瓷體(ti) ，在感知組件施加高壓電(3KV～5KV/mm)
 而分極之，藉這種方法，組件表麵顯現的正負電荷會(hui) 和空氣中相反之電荷結合而呈電氣中和狀，如圖2-24 所示。當組件的表麵溫度變化時，
 感知組件分極的大小會(hui) 隨著溫度變化而變化，因此穩定時之電荷中和狀態就崩潰，而感知組件表麵電荷與(yu) 吸著雜散電荷的緩和時間不同，所以會(hui) 形成電氣上的不平衡，而產(chan) 生沒有配對的電荷，如圖3(b)所示。
 
 像這種因溫度變化而產(chan) 生電荷的現象稱為(wei) 熱電效果，設若產(chan) 生之電荷為(wei) Δθ，溫度變化為(wei) ΔＴ，則Δθ／ΔＴ＝λ(庫侖(lun) ／℃)，就是熱電
 係數。實際上的傳(chuan) 感器到底是如何利用熱電效果呢？請參考傳(chuan) 感器內(nei) 部構造及本文之解說，圖4 所示係熱電型紅外線傳(chuan) 感器的構造。
  
     (a)穩定時(T)K                                     (b)溫度剛變化之後(T+ΔT)K
                          圖3熱電型紅外線傳(chuan) 感器的原理

 
           圖4 熱電型紅外線傳(chuan) 感器的內(nei) 部構造
 (1) 各種波長的紅外線射入傳(chuan) 感器。
 (2) 組件頂端之入射窗以濾光鏡(Filter)覆蓋著，隻讓必要的紅外線通過，而將不要的紅外線隔絕。
 (3) 位於(yu) 感知組件表麵的熱吸收膜會(hui) 將紅外線變換成熱。
 (4) 感知組件的表麵溫度上升，因熱電效果之故，就產(chan) 生表麵電荷。
 (5) 產(chan) 生的表麵電荷以FET 放大且變換阻抗。
 (6) 從(cong) 漏極(Drain)供給FET 動作所需的電壓。
 (7) 放大後的電氣信號會(hui) 於(yu) 外部所接的源極 ─ 地端之電阻上顯現出來，而與(yu) 偏壓重迭之後取出。 

應用：
 (1) 可作為(wei) 入侵警報器(Intrusion detector)。
 (2) 移動偵(zhen) 測器(Motion sensing)。
 (3) 自動照明(Automatic light control)。
 (4) 自動門控製(Automatic door control)。

特性:

 

項 目

最小典型 最大單位 測試條件

檢驗型式

雙組件型    

 

響 應

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) 使用聚熱組件時如CMOS等，應防止靜電感應破壞組件。
 (2) 避免使用於(yu) 溫度改善在3℃／分(3℃／minute)以上之場所。
 (3) 僅(jin) 量避免手指接觸傳(chuan) 感器之偵(zhen) 測壁，必要時可用棉花沾酒精擦拭。

應用電路：人體(ti) 焦耳式體(ti) 溫感測
 

 

 

焦耳式體(ti) 溫傳(chuan) 感器，由於(yu) 靜電效應輸出阻抗很高，因此基板之一側(ce) 連接一FET 作為(wei) 阻抗匹配的電壓隨耦器，工作時需加直流於(yu) D極和S 極。
 當人體(ti) 接近感知器時，在源極(S)端感應一脈衝(chong) 信號，送至運算放大器做一正向放大器。調整VR1MΩ，可改變輸出的放大倍數。