我们都知道，红外线是一种我们肉眼看不见的光，红外线*显著的的特性是它具有热效应，也就是说所有高于优良零度的物质都可以产生红外线。人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上产生感应信号。利用红外线技术可以控制很多产品，特别在自动控制方面，比如自动节能灯等。它利用人体发出的红外线，当人体进入感应范围时，红外传感器探测到人体红外光谱的变化，自动接通输出电路，打开相应负载，一旦人离开后，输出自动关闭，实现节能效果。热释电红外传感器它是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器，利用它可以作为控制电路的输入端。
本文章将分为两个板块来介绍热释电传感器的原理和应用。
一·热释电传感器的工作原理
某些晶体，例如钽酸锂、硫酸三甘肽等受热时，晶体两端会产生数量相等、符号相反的电荷。1842年布鲁斯特将这种由温度变化引起的电极化现象正式命名为“pyroelectric”，即热释电效应。红外热释电传感器就是基于热释电效应工作的热电型红外传感器其结构简单坚固，技术性能稳定，被广泛应用于红外检测报警、红外遥控、光谱分析等领域，是目前使用*广的红外传感器。
在市面上我们买到的热释电传感器如图1所示：
我们将它拆开，可以看到内部的样子，如图2所示：
图2就是热释电内部的样子，可以看出它是由一个白色的帽和热释电模块组成。不用想，白色帽子的长相酷似苍蝇的眼镜，所以，按照仿生学来看，这个东西的作用就是将四面八方收集到的红外信号送进探测器做检测，所以它可以加强探测器的测量范围。经过我实际检测，探测器加上它的测量范围可以扩展至横纵100°的可视角度。几乎无死角检测。
这个白色的帽子是一种菲涅耳透镜。菲涅耳透镜（英语：Fresnel lens），又译菲涅尔透镜，别称螺纹透镜，是由法国物理学家奥古斯丁·菲涅耳所发明的一种透镜。此设计原来被应用于灯塔，这个设计可以建造更大孔径的透镜，其特点是焦距短，且比一般的透镜的材料用量更少、重量与体积更小。和早期的透镜相比，菲涅耳透镜更薄，因此可以传递更多的光，使得灯塔即使距离相当远仍可看见。
由于使用菲涅耳透镜来投射光线会降低成像品质，所以它一般用在对成像品质要求不太苛刻或无法使用一般透镜的地方。廉价的菲涅耳透镜一般由透明塑料压铸或模塑而成，并使用在透镜式投影仪、背投电视、便携放大镜上。同时它也被应用在交通信号灯上。菲涅耳透镜也用于校正一些视觉障碍，比如斜视。
菲涅尔镜片是红外线探头的“眼镜”，它就象人的眼镜一样，配用得当与否直接影响到使用的功效，配用不当产生误动作和漏动作，致使用户或者开发人对其失去信心。配用得当充分发挥人体感应的作用，使其应用领域不断扩大。菲涅尔镜片是根据法国光物理学家FRESNEL发明的原理采用电镀模具工艺和PE（聚乙烯）材料压制而成。镜片（0.5mm厚）表面刻录了一圈圈由小到大，向外由浅至深的同心圆，从剖面看似锯齿。圆环线多而密感应角度大，焦距远；圆环线刻录的深感应距离远，焦距近。红外光线越是靠进同心环光线越集中而且越强。同一行的数个同心环组成一个垂直感应区，同心环之间组成一个水平感应段。垂直感应区越多垂直感应角度越大；镜片越长感应段越多水平感应角度就越大。区段数量多被感应人体移动幅度就小，区段数量少被感应人体移动幅度就要大。不同区的同心圆之间相互交错，减少区段之间的盲区。
区与区之间，段与段之间，区段之间形成盲区。由于镜片受到红外探头视场角度的制约，垂直和水平感应角度有限，镜片面积也有限。镜片从外观分类为：长形、方形、圆形，从功能分类为：单区多段、双区多段、多区多段。下图4是常用镜片外观示意图：
当人进入感应范围，人体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离A区或中距离B区或近距离C区的某个段的同心环上，同心环与红外线探头有一个适当的焦距，红外光正好被探头接收，探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。整个接收人体红外光的方式也被称为被动式红外活动目标探测器。
镜片主要有三种颜色：
1、聚乙烯材料原色，略透明，透光率好，不易变形。
2、白色主要用于适配外壳颜色。
3、黑色用于防强光干扰。
镜片还可以结合产品外观注色，使产品整体更美观。
下面我们来看重点，也就是探测元，如图6所示：
图6所示的结构由滤光片、热释电探测元和前置放大器组成，补偿型热释电传感器还带有温度补偿元件，图7所示为热释电传感器的内部结构。为防止外部环境对传感器输出信号的干扰，下述元件被真空封装在—个金属壳内。
热释电传感器的滤光片为带通滤光片，它封装在传感器壳体的顶端，使特定波长的红外辐射选择性地通过，到达热释电探测元，而在其截止范围外的红外辐射则不能通过。
热释电探测元是热释电传感器的核心元件，它是在热释电晶体的两面镀上金属电极后，加电极化制成，相当于一个以热释电晶体为电介质的平板电容器。当它受到非恒定强度的红外光照射时，产生的温度变化导致其表面电极的电荷密度发生改变，从而产生热释电电流。
热释电探测元在通过菲尼尔透镜接收到信号后就要进入信号转换与处理，热释电传感器的信号转换可以概述为三个阶段：
热转换阶段：辐射通量为△Φ的调制辐射光经过透射率为т的红外滤光片到达热释电探测元，辐射通量τ△Φ被元件表面吸收后，产生温度变化△T。
热电转换阶段：在△T的作用下，热释电元件的表面电报产生电荷密度变化△Q。
电转换阶段：AQ通过前置放大器转换为电压信号△u输出。
热转换阶段产生的转换温差△T越大，传感器的响应率和信噪比越高；
从（1）式可知，ατ越趋近于1，△T越大，在热释电探测元的表面附着吸收层可以使ατ增大，从而增大△T。其次，△T与热容C成反比，而物质的厚度越小，热容越小，因此通常用钽酸锂薄膜做热释电探测器元的材料。此外，△T还与热导GT成反比，但是减小GT会使热时间常数增大，因此一般不做考虑。
热释电电流是热释电探测元响应温度变化产生的热电输出。当温度恒定时，热释电晶体表面的极化电荷会被空气中的异性电荷中和异性电荷中和而无法检测。因此，热释电探测元只响应温度变化而非恒定温度。
热释电探测元的直接输出的微弱电流信号，必须经过高阻抗的前置放大器转换才能使用。（图12）是热释电传感器的前置放大器电路，它由一个场效应管源极跟随器构成。
热释电传感器输出的信号受到多种噪声源的干扰，使可探测的辐射通量减少或降低传感器的信噪比，研究表明这些干扰主要来自传感器的固有噪声或周围空气流动引起的噪声，包括：
(1)热释电元件的介电损耗噪声，
(2)温度噪声，
(3)前置放大器的输入噪声电压，
(4)前置放大器的输入噪声电流，
(5)高兆欧电阻器的热噪声。
通常用比探测率来衡量传感器的信噪比，则：
表1中，Av为电压增益。
理想状态下，热释电晶片与环境之间的热交换是热释电传感器唯壹的噪声源．此即温度噪声。它决定了热释电情感器在室温下可达到的*高理论比探测率：
二·热释电传感器的应用
下面我们给出用BISS0001驱动探测器的电路装置图14：
BISS0001是专门用来驱动热释电传感器的芯片，按照如图所示的接法，输出信号由IC1的VIN接收，我们只需要改变RL2和RT1的阻值，即可改变设备的响应时间和测量范围。这样人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。而JP1的位置就是控制的触发方式。可以分别短接2和3或者2和1达成。
a、不可重复触发方式:即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变成低电平；
b、可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以*后一次活动的时间为延时时间的起始点)。
现在我们来看一下如何使用传感器：
1. 感应模块通电后有一分钟左右的初始化时间，在此期间模块会间隔地输出0-3 次，一分钟后进入待机状态。
2. 应尽量避免灯光等干扰源近距离直射模块表面的透镜，以免引进干扰信号产生误动作 ；使用环境尽量避免流动的风，风也会对感应器造成干扰。
3. 感应模块采用双元探头，探头的窗口为长方形，双元（A 元 B 元）位于较长方向的两端，当人体从左到右或从右到左走过时,红外光谱到达双元的时间、距离有差值，差值越大，感应越灵敏，当人体从正面走向探头或从上到下或从下到上方向走过时，双元检测不到红外光谱距离的变化，无差值，因此感应不灵敏或不工作；所以安装感应器时应使探头双元的方向与人体活动*多的方向尽量相平行，保证人体经过时先后被探头双元所感应 。为了增加感应角度范围，本模块采用圆形透镜，也使得探头四面都感应，但左右两侧仍然比上下两个方向感应范围大、灵敏度强，安装时仍须尽量按以上要求。感应范围如图15所示：
通常我们在淘宝市面上买到的传感器都有以下特点：
1、全自动感应:人进入其感应范围则输出高电平， 人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。
2、光敏控制（可选择，出厂时未设）可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。
3、温度补偿(可选择，出厂时未设)：在夏天当环境温度升高至 30～32℃，探测距离稍变短，温度补偿可作一定的性能补偿。
4、 两种触发方式：（可跳线选择）
a、不可重复触发方式:即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变成低电平；
b、可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围 活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以*后一次活动的时间为延时时间的起始点)。
5、具有感应封锁时间(默认设置:2.5S 封锁时间)：感应模块在每一次感应输出后（高电平变成低电平），可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。此功能可以实现“感应输出时间”和“封锁时间”两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。(此时间可设置在零点几秒—几十秒钟)。
6、 工作电压范围宽：默认工作电压 DC4.5V-20V。
7、 微功耗:静态电流<50 微安，特别适合干电池供电的自动控制产品。
8、 输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。
三·传感器的妙用
图16中的两个位置AB分别放上热释电传感器，一个调节距离到3m一个调节距离到7m这样根据先后触发的顺序逻辑可以判断人是否是从远端接近。这两个传感器之间并不会干扰，实测通过。
上文提到过，这个传感器的检测范围是100°，那么我怎么控制检测的范围是45°呢？比如这样的场景：
如图17所示，在墙上我们装了一个热释电传感器，它的检测范围是一个半径7m的圆圈（地挡住了一部分），我们现在要让他做到只检测左边半圆的部分，怎么做呢？
其实很简单，我们知道传感器的外壳上面有个类似苍蝇眼睛的结构，这个结构是扩大红外的散射面积，那么我们只需要遮挡一半的结构，那么就可以去掉一半的检测范围。如图18所示：
由于这里我们只是拿来做实验，所以用了一张白纸做演示，实测可以达到效果。理论上是黑色不透光的物体遮挡会更好。这就要大家来检测效果了。