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熱電元素

熱電元素感應器(Pyroelectric Sensor)

熱電元素感應器是由被加熱或被冷卻時會產生暫時電位(electric potential,單位: Volt伏特)或電流(單位:A 安培)的結晶體製成的。溫度的改變會稍微使得結晶體內原子的位置改變,使得結晶體的極性跟著改變。結晶體的極性變化會引起暫時電位改變,但在dielectric relaxation time消失。

 

 

 

熱電元素應用於被動式紅外線感應器時是被動的吸收紅外線能量讓轉換成熱能的紅外線能量加熱結晶體造成溫度的改變。當熱電元素的結晶體溫度有變化時,不同輸出電流也會被產生。

 

 

 

 

 

紅外線過濾窗口

熱電元素在所有紅外線波長下敏感度都會保持不變,所以需要透過紅外線過濾窗口來限制偵測波長範圍。

典型的熱電元素感應器有兩個感應結晶體以電壓相抵的串聯配置連接,並有一個紅外線窗口(如:矽材質,有平的光譜的傳播率) 以用來過濾掉某些波長範圍外的紅外線。

 

 

電壓相抵的串聯配置連接及輸出電流

TO-5 package

TO5 package是一種金屬外殼,裡面可能包含high resistor,low-noise field-effect transistor,thermoresister 和thermoelectric cooler。且為了不其外部環境雜訊干擾內部零件以完全不透氣方式密封於金屬package。

 

 

 

 

電壓形及電流形

熱電元素有兩種輸出:電壓形及電流形。電壓形產生的雜訊較少且較容易設計電路。電壓形的熱電元素在紅外線頻率低時有最高的靈敏度峰質。因適用於紅外線燈控感應器的熱電元素屬電壓形,電流形熱電元素就不另外探討。

 

光敏率(Photo Sensitivity)

熱電元素的光敏率是每一瓦投射於熱電元素的紅外線能量所能輸出的電壓(不含雜訊)。

 

偵測率(Detectivity)

熱電元素的光敏率是每一瓦投射於熱電元素的紅外線能量所能輸出的電壓(不含雜訊)。

 

 

電壓形熱電元素的電壓輸出

電壓形熱電元素的電壓輸出如下方程式。

 

輸出電壓的波動表現出一個正、零、負的結果,代表一個移動物體在熱電元素感應器前水平由一邊行走至另一邊所產生的輸出電壓變動。

環境的狀態,如:溫度的改變及陽光皆會同時影響兩個感應結晶體因而各產生同樣電流但極性相反的輸出。輸出會因而互相抵消。

熱電元素感應器只有在其兩個感應結晶體之間其中一個有結晶體溫度變化時才會產生輸出電壓。

 

 

 

 

 

 

伏特輸出類熱電元素特色

1. 可在室溫下做動

2. 平的光譜的反應(不取決於紅外線波長)

3. 輸出訊號只有在投射(投入)的紅外線能量有改變時候產生

4. 內建電阻轉換field-effect transistor

5. 低價位

6. 壽命長

7. 和其他熱感類型感應器比較起來較敏感

※ 當環境溫度突然改變時,熱電元素會故障。尤其熱電元素若使用於暴露於靠近空調有流動空氣的位置時,需要特別注意。此時若將熱電元素包裹於塑膠材質或橡皮材質會有好的保護效果。

 

 

 

被動式紅外線感應器/開關主要零件
    熱電元素
    菲涅耳螺紋透鏡

    光敏電阻
    繼電器