1.结构及热释电效应
某些电介物质表面温度发生变化时，在这些介质的表面就会产生电荷，这种现象称为热释电效应，具有这种效应的介质制成的元性称为热释电元件。红外热释电传感器由滤光片、热释电红外敏感元件、高输入阻抗放大器等组成，如图2-57所示。
敏感元件用锆钛酸铅(PZT)制成。锆钛酸铅不但具有压电效应，还具有热释电效应。当其表面温度升高Δt时，其晶体内部的原子排列将产生变化，诱出自发极化电荷ΔQ。设元件的电容为C，则元件两电极间的输出电压ΔU=ΔQ/C。必须指出的是，热释电效应产生的表面电荷不是永存的，它很快便因元件表面漏电及空气中的各种离子所中和。因此，热释电元件只能测量温度的变化量及强度周期变化的红外线。
制作敏感元件时，先把热释电材料制成很小的薄片，再在薄片两侧镀上电极，构成有极性的小电容。温度变化趋势不同，输出的热释电信号极性也不同，所以可以把两个极性相反的热释电敏感元件做在同一晶片上，并且反向串联，如图c所示。由环境的影响而使整个晶片温度变化时，两个传感元件产生的热释电信号相互抵消，所以它对缓慢变化的信号没有输出。但如果两个热释电元件的温度变化不一致，它们的输出信号就不会被抵消，只要想法使照射到两个热释电元件表面的红外线忽强忽弱，传感器就会有输出。为了使热释电元件更好地吸收远红外线，需要在其表面镀覆一层能吸收红外能量的黑色薄膜。为了防止可见光对热释电元件的干扰，必须在其表面安装一块滤光片(FT)。滤光片是在Si基板上镀多层滤光膜做成的。如果某种型号的热释电传感器是用于防盗器的，那么滤光片应选取(7.5～14)μm波段。这是因为，每个物体都发出不同波长的红外辐射。当人体外表温度为36℃时，人体辐射的红外线在9.4μm处最强。
热释电元件的输出信号由高输入阻抗的场效应管(FET)放大器放大，变为低输出阻抗输出电压信号。
2.热释电传感器的应用
图2-58是热释电型人体检测器原理框图，它可以用于防盗器、防入侵器自动门和自动灯。
1）光学系统
热释电传感器用于防盗器时，其表面必须罩上一块菲涅尔透镜。所谓菲涅尔透镜就是一种由塑料制成的特殊设计的光学透镜组，它与热释电元件配合，可以提高传感器的灵敏度。菲涅尔透镜是由一组平行的棱柱型透镜所组成。如图2-58a所示，从上至下分成11射束单元、8射束单元和5射束单元。若从热释电元件来看，它前面的每一单元透镜都只有一个不大的视场角，而相邻的两个单元透镜的视场既不连续，也不重叠，都相隔着一个盲区。当人体在透镜总的监视范围(视野约70°角)中运动时，顺次地进入某一单元透镜的视场，又走出这一视场。热释电元件对运动物体一会儿“看得见”，一会儿又变得“看不见”，再过一会儿又“看得见”……，而且，传感器晶片上的两个反向串联的热释电元件是轮流“看到”运动物体的，所以人体的红外辐射以光脉冲的形式不断改变热释电元件的温度，使它输出一串脉冲信号。而由于太阳光和其它光线是以连续光的形式作用于热释电元件的，所以只会使两个元件的温度同时升高，而互相抵消，传感器无输出。当然，如果人体静止不动地站在热释电元件面前，它也是“视而不见”的。
2）对信号处理电路的要求
随着人体运动速度的不同，传感器输出信号的频率也是不同的。在正常行走速度下，其频率约为6Hz左右，当人体快速奔跑通过传感器面前时，可能高达2OHz。再考虑到日光灯的脉动频闪(人眼不易觉察)为100Hz，所以信号处理电路中的放大器带宽不应太宽，应为(0.1～20)Hz。放大器的带宽对灵敏度和可靠性有重要影响。带宽窄，则干扰小，误判率低；带宽大，噪声电压大，可能引起误报警，但对快速和极慢速移动响应好。
热释电传感器还可以用来测量物体的温度、高温液体的料位等。由于发射红外线的被测物是静止的，无法产生脉冲型式的红外线信号，所以需要在热释电元件前面装一只用电动机驱动的遮光叶片，使传感器感受到lHz左右的光脉冲，传感器的输出电压平均值将与红外线的辐射强度成正比。
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