Pyroelektrisk sensor
En pyroelektrisk sensor , også PIR-sensor , engelsk pyroelektrisk infrarød sensor og engelsk passiv infrarød sensor , er en halvlederføler, der bruges til at registrere temperaturændringer. PIR-sensorer er baseret på den eponyme pyroelektricitet , en egenskab ved nogle piezoelektriske halvlederkrystaller. En temperaturændring ΔT fører til en målbar ændring i den elektriske spænding . I modsætning til andre temperatursensorer reagerer PIR-sensorer ikke på et bestemt temperaturniveau, der er konstant over tid, men kun på ændringer i temperaturen.
Ansøgninger
PIR-sensorer bruges blandt andet i bevægelsesdetektorer til at detektere den varmestråling, der udsendes , for eksempel fra levende væsener som mennesker, i et par meters afstand. Dette gør det muligt at udløse forskellige handlinger, f.eks. Aktivering af belysning eller udløsning af en alarmmeddelelse. En anden anvendelse er NDIR- gasanalyse, som en sensor i IR- flammedetektorer og i pyrometre med lav temperatur .
konstruktion
Det pyroelektriske materiale er en tynd (<40 µm) polariseret krystal . For at udnytte den pyroelektriske effekt skal elektroder påføres på de modsatte sider . Hvis stråling rammer det pyroelektriske materiale, absorberes det , den resulterende temperaturforskel ΔT forårsager en ændring i polarisationen af krystallen: Ændringen i termisk stråling forårsager en ændring i det elektriske potentiale. Ved hjælp af de påførte elektroder kan det elektriske signal måles via en forstærker med en høj modstandsindgang - såsom en ladningsforstærker .
Kommercielt tilgængelige PIR-sensorer til bevægelsesdetektorer består af to tilstødende sensorelementer med dimensionerne 1 mm til 2 mm. Den anvendte absorptionscoating har den højeste følsomhed i det infrarøde middel ved bølgelængder i området fra 5 µm til 14 µm. Sensorerne er normalt anbragt i et hermetisk forseglet transistorhus , såsom TO-5-designet, sammen med et forforstærkerstrin i form af en junction field effect transistor (JFET).
Enkel optik er fastgjort over det aktive sensorelement for at forbedre detekteringen af ændringer og rækkevidden. En sfærisk eller cylindrisk buet Fresnel-linse lavet af plast er typisk . Gennem designet af denne linse kan sensorens rumlige effektive område påvirkes og tilpasses til den respektive anvendelse. På den anden side resulterer trinene i Fresnel-linse i kombination med de to sensorelementer i en rumlig spredning af følsomhedsområderne, som muliggør detektion af rumlige ændringer af varmekilder forbedret ved stejlere overgange. Fresnel-linsen kan opdeles i individuelle sektorelementer og i flere dellinser til udblæsning.
Når et objekt, der er varmt i forhold til baggrunden, passerer i sensorens detektionsområde, er der en øget temperaturændring ved sensoren, da det varme objekt oprindeligt kun detekteres af et sensorelement gennem linserne. I tilfælde af yderligere bevægelse registreres temperaturændringen af det andet sensorelement, mens det første sensorelement samtidig mister detektionen af objektet. De to sensorelementer er internt forbundet på en sådan måde, at det ene sensorelement genererer en positiv spændingsimpuls, og det andet sensorelement genererer en negativ spændingsimpuls. Som et resultat betyder udblæsning, at signalændringen under bevægelser groft fordobles gennem dannelsen af forskellen.
Elektrisk har PIR-sensorer i bevægelsesdetektorer tre forbindelser, som, ligesom en krydsfelteffekt-transistor i et portkredsløb , kaldes kilde , med udgangens funktion som afløb for den positive forsyningstilslutning og porten som jordforbindelse.
Med PIR-sensorer i flammedetektorer modulerer flammen med en typisk flimmerfrekvens mellem 1 Hz og 5 Hz, som når den anvendes i bevægelsesdetektorer, også strålingsfluxen. I NDIR-gasanalyse finder moduleringen sted enten elektrisk ved at tænde og slukke for strålingskilden eller mekanisk. Sidstnævnte kan implementeres af et foldespejl, et foldepanel eller en chopper . Mekanisk modulering anvendes også i pyrometri .
Da temperaturændringer detekteres med pyroelektriske sensorer, er disse sensorer praktisk talt uafhængige af bølgelængden og kan detektere stråling startende fra dyb ultraviolet stråling (bølgelængde omkring 100 nm) gennem det synlige og infrarøde bølgelængdeområde op til terahertz-stråling med en bølgelængde på 1 mm. Forudsætningen for dette er, at den pyroelektriske krystal har en passende absorptionsbelægning. Hvis materialer med en bølgelængdeafhængig absorptionsgrad vælges til elektroderne, opnås en vis bølgelængdeselektivitet.
litteratur
- Helmut Budzier, Gerald Gerlach: Termiske infrarøde sensorer: Teori, optimering og praksis . John Wiley & Sons, 2011, ISBN 978-0-470-97675-3 .
Weblinks
- Omfattende forklaringer på driften og betjeningen af pyroelektriske sensorer
- Pyroelektriske infrarøde sensorer (PDF-fil) (194 kB)
Individuelle beviser
- ↑ a b c Pyroelektrisk infrarød radial sensor, type D203B. (PDF) (Ikke længere tilgængelig online.) PIR Sensor Co, Ltd., arkiveret fra originalen den 21. april 2015 ; adgang den 20. januar 2016 . Info: Arkivlinket blev indsat automatisk og er endnu ikke kontrolleret. Kontroller original- og arkivlinket i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse.
