1.热释电效应

若使某些强电介质物质的表面温度发生变化，在这些物质表面上就会产生电荷的变化，这种现象称为热释电效应，它是热电效应的一种。

在钍酸钡一类的晶体上，上、下表面设置电极，在上表面加以黑色膜，若有红外线间歇地照射，其表面稳度升高ΔT，其晶体内部的原子排列将产生变化，引起自发极化电荷ΔP，设元件的电容为C，则元件两极的电压为ΔP/C。需注意的是，热释电效应产生的表面电荷不是永存的，只要一出现，很快便会被空气中的各分子所结合。因此，用热释电效应制成红外传感器，往往在它的元件前面加机械式的周期遮光装置，以使此电荷周期地出现。

2.热释电效应红外线光敏元件的材料

热释电型红外线光敏元件的材料较多，其中以压电陶瓷和陶瓷氧化物最多。钽酸锂（LiTaO₃）、硫酸三甘肽（LATGS）及钛锆酸铅（PZT）制成的热释电型红外传感器目前应用较广。近年来开发的具有热释性能的高分子薄膜聚偏二氟乙烯（PVF₂），已用于红外成像器件、火灾报警传感器等。

3.热释电红外传感器的构成及特性

（1）结构 热释电红外传感器的结构如图5-53所示。传感器由敏感元件、场效应晶体管、高阻电阻、滤光片等组成，并向壳内充入保护气封装起来。

（2）敏感元件 敏感元件用红外线热释电材料PZT（或其他材料）制成很小的薄片，再在薄片两面镀上电极，构成两个反向串联的有极性的小电容。这样，当入射的能量顺序地射到两个元件时，由于是两个元件反相串联，故其输出是单元件的两倍；两个元件反相串联，对于同时输入的能量会相互抵消。由于双元件红外敏感元件具有上面的特性，可以防止因太阳光等红外线所引起的误差或误动作；由于周围环境温度的变化影响整个敏感元件温度变化，两个元件产生的热释电信号互相抵消，起到补偿作用。(www.daowen.com)

图5-53 热释传感器结构

1—敏感元件 2—罩壳 3—滤光片 4—场效应晶体管 5—底板 6—高阻电阻 7—引脚

（3）场效应晶体管及高阻值电阻R_g 热释电红外传感器的输出阻抗很高，可达10¹³Ω，同时其输出电压信号又极微弱，因此，需要进行阻抗变换和信号放大才能应用。热释电红外传感器电路如图5-54所示。场效应晶体管用来构成源极跟随器。高阻值电阻R_g的作用是释放栅极电荷，使场效应晶体管安全工作。

图5-54 热释传感器电路

（4）滤光片（FT） 一般热释电红外传感器在0.2～20μm光谱范围内的灵敏度是相当平坦的。由于不同检测需要，要求光谱响应范围向狭窄方向发展，因此采用不同材料的滤光片作为窗口，使其具有不同用途。如用于人体探测和防盗报警的热释电红外传感器，为了使其对人体最敏感，要求滤光片能有效地选取人体的红外辐射。根据维恩位移定律，对于人体温（约36°），其辐射的最长波长为λ_m=（2898/309）μm=9.4μm，也就是说，人体辐射在9.4μm处最强，红外滤波片选7.5～14μm波段为宜。