Пироэлектрические датчики

Чем отличаются пиродатчики от термодатчиков?

Детектирование движения человека электронными приборами стало возможным сравнительно недавно, после создания чувствительных пиродатчиков. Пирос - огонь. Основа детекторов движения - пиродатчик, прибор, способный под воздействием инфракрасного излучения выдавать электрический сигнал.

Пироэффект состоит в возникновеннии заряда в кристаллах под воздействием инфракрасного излучения. Конструкция пиродатчика, применяемого в детекторах движения, такова, что заряд возникает лишь в моменты относительно быстрого появления и исчезновения излучения, но если это излучение, не меняя интенсивности, присутствует на поверхности активной части пиродатчика, то электрический заряд на выходе практически отсутствует. В этом основное отличие пиродатчиков от датчиков использующих термоэлектронный эффект, у которых выходное напряжение изменяется пропорционально изменению температуры.

Пиродатчики воспринимают излучение, исходящее от нагретого тела, практически не изменяя собственную температуру корпуса датчика, в то время как термодатчики детектируют изменение температуры всей своей поверхности при их нагреве. Пиродатчики обладают значительно меньшей тепловой инерционностью показаний, в отличие от ярко выраженной инерционности термодатчиков.

Конструкция пиродатчиков, применяемых в детекторах движения

Пироэлектрический эффект обусловлен как самими физическими свойствами пироэлектрика, так и конструкцией датчика, в которой чередуются нескольких слоёв пироэлектрика, специальной керамики созданной на основе селенида свинца, с противоположными знакопеременными электрическими свойствами.

При фоновом освещении заряды уравновешивают друг друга, а в моменты возникновения и исчезновения инфракрасного излучения на выходе пиродатчика появляется переменное напряжение. Другими словами, пироэлектрическая пластина датчика с двумя металлическими обкладками способна поглощать электромагнитные волны инфракрасного диапазона. В результате такого поглощения между обкладками пироэлектрика возникает разность потенциалов.

Выходное сопротивление пиродатчика очень высоко, поэтому при практическом использовании на выходе пиродатчика устанавливают транзисторный истоковый повторитель. Упрощенная схема детектора движения в которой применён пироэлектрический датчик изображена на рис. 2.

Чувствительным элементом пиродатчика является пластина из пироэлектрика с двумя металлическими обкладками. На одну из обкладок нанесен слой вещества, способного поглощать электромагнитное излучение инфракрасного диапазона (тепло). Тепло передаётся пироэлектрической пластине и между её обкладками появляется разность потенциалов. Эта разность потенциалов прикладывается к переходу затвор-исток полевого транзистора, что вызывает изменение сопротивления его канала. Выходной сигнал пиродатчика снимается с конденсатора, подключеного к внешнему нагрузочному резистору, установленному в цепи истока транзистора.

Виды пиродатчиков

Различают три вида пиродатчиков, различающихся характеристиками спектральной чувствительности. Характеристики пиродатчиков зависят от материала и конструкции пироэлектрика, а также от свойств оптических фильтров, устанавливаемых перед чувствительным элементом пиродатчика.

Датчики с высокой чувствительностью в начале характеристики частотного диапазона излучения предназначены для обнаружения пламени и применяются в конструкциях газовых и противопожарных приборов. Датчики с высокой чувствительностью в средней части спектра применяются в детекторах движения. Пиродатчики, с относительно невысокой чувствительностью и равномерной характеристикой применяются в приборах предназначенных для дистанционного измерения температуры.

Как выглядит пиродатчик?

Датчики оформлены в цилиндрическом или прямоугольном металлическом корпусе с тремя или четырьмя медными лужеными проволочными выводами. На плоском торце корпуса, противоположном стороне выводов, расположено прямоугольное или круглое окошко, закрытое стеклянным или кварцевым фильтром, пропускающим преимущественно инфракрасные лучи.

Для увеличения пространственной чувствительности датчика перед его оптическим окном устанавливают линзу, которая собирает и фокусирует инфракрасные лучи на пироэлектрической пластине. В детекторах движения для того чтобы увеличить сектор обзора перед оптическим окном пиродатчика устанавливают линзу Френеля.

Эффект линз Френеля состоит в том, что при движении нагретого тела расположенного перед линзой, линза формирует множество движущихся участков света и тени сфокусированных на поверхность пиродатчика. С помощью разных линз можно сформировать разные углы захвата и ограничить в пользу достоверности информации чувствительность детекторов движения.

смотри так же раздел "Датчики"