Устройство пироэлектрического датчика ИК – излучения

Опубликовано 14.01.2011 Ведущий Валерий Харыбин

Пироэлектрический эффект – это возникновение электрического заряда на поверхности кристалла при нагреве или охлаждении. В пироэлектрических устройствах формируется заряд в ответ на изменение температуры. Поскольку изменение температуры происходит при перемещении тепловых волн, пироэлектрические устройства являются детекторами потока тепла. Когда пироэлектрический датчик подвергается воздействию потока тепла, его температура повышается, и он так же становится источником тепла. Пироэлектрики – это материал с кристаллической структурой, при воздействии на них тепловым потоком, появляются электрические заряды. Пироэлектрический детектор можно представить в виде конденсатора, электрически заряжающегося от потока тепла. Такой датчик не нуждается во внешних сигналах возбуждения, ему необходима только соответствующая схема измерения заряда. Пироэлектрические датчики относятся к классу пассивных инфракрасных детекторов. Они размещаются в металлических корпусах ТО5 или ТО39, что обеспечивает экранирование и защиту от внешних воздействий окружающей среды. Пространство корпуса заполнено, как правило, воздухом или азотом. Окно, через которое проходит излучение, изготовлено из кремния. Иногда пироэлектрический элемент изготавливают из нихромовых электродов, нанесенных с двух сторон пироэлектрика. Нихром обладает высокой излучающей и поглощающей способностью, поэтому электроды выполняют сразу две функции: поглощают тепловое излучение, и собирают электрические заряды. При использовании таких детекторов в датчиках движения, излучение воздействует через окно на оба пироэлектрических элемента. Пироэлектрические датчики очень чувствительны к механическим нагрузкам и вибрациям, в этом единственное неудобство при их проектировании. К тому же пироэлектрики так же являются и пьезоэлектриками, поэтому для них характерен, так называемый микрофонный шум. Для устранения этих помех кристаллический элемент отделяют от внешних частей детектора, в том числе и самого металлического корпуса, обеспечивая тем самым механическую изоляцию.
На практике применяются два типа пироэлектрических датчиков. Это быстродействующие детекторы, измеряющие излучения высокой интенсивности и обладающие высокой линейностью. Чувствительные детекторы, обладающие сравнительно низкой скоростью и определяющие тепловые излучения низкой интенсивности. Примеры тому – термометры и датчики движения. Для обеспечения высокой чувствительности такие датчики должны иметь хорошую тепловую связь с источником излучений, для чего используются фокусирующие линзы и волноводы. Серийные датчики изготавливаются на основе монокристаллов, на базе керамики, или с применение пленки PVDF.