精准捕捉“火焰”，基于热释电效应的红外火焰传感器

2024-09-04 18:29:18

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热释电火焰传感器就是利用热释电效应，将吸收到的火焰红外辐射能量转换为电信号输出。当火焰或热源发出的红外辐射照射到热释电传感器的敏感元件上时，敏感元件会吸收这些辐射能量，导致其内部温度发生变化。由于热释电材料的特性，温度的变化会引起材料内部的电偶极矩改变，从而在材料的两端产生电荷分离，形成电压。通过对这一电压信号进行放大和处理，就可以用于检测火焰。

自然界中一切高于绝对零度（-273.15℃）的物体都在不停向外辐射能量，物体向外辐射能量的大小及其波长的分布与它的表面温度有着十分密切的联系，物体的温度越高，所发出红外辐射的能量越强。

热释电效应是指因某种因素引起晶体内部材料温度变化，进而引发晶体电偶极矩改变，晶体为保持其表面电中性，释放出表面电荷的现象。

热释电火焰传感器结构

热释电火焰传感器由热释电敏感元、滤光窗、信号放大及处理电路、封装外壳等部件组成。

热释电敏感元

热释电效应在某些晶体材料中尤为明显，如钽酸锂（LiTaO3）、压电陶瓷（PZT）和高分子薄膜（如聚偏氟乙烯 PVF2），因此热释电火焰传感器中的敏感元通常由这些材料构成。

RPFA913CC系列热释电火焰传感器

8188www威尼斯的RPFA913CC系列热释电火焰传感器采用钽酸锂单晶作为敏感元材料。钽酸锂晶体材料的居里温度在600℃以上，相对介电常数小，比探测率高，在很宽的室温范围内，材料的热释电系数随温度的变化很小，输出信号的温度变化率只有 1-2‰，传感器性能的温度稳定性非常好，并且在 1～20um 波长范围内光谱响应一致性非常好。

滤光窗

热释电火焰传感器通常配有滤光窗，用于过滤掉与火焰辐射波长不符的红外光，确保传感器只对火焰的特定波长做出反应。有机物燃烧产物主要是CO和CO2，其辐射光谱在4.0μm和4.8μm之间，滤光窗可将射入传感器的红外波长有效限制在上述范围之内。

RPFA913CC系列热释电火焰传感器

8188www威尼斯RPFA913CC系列热释电火焰传感器可实现3.8μm、4.3μm、4.4μm、4.48μm、5.0μm等不同波段探测，广泛应用于各类储油站、大型仓库、工厂车间、森林、充电桩等场所，为石油、化工、造纸、森林、车库等火灾高危领域标准配置，同时也在高端住宅、商业、普通工业等领域逐渐得到普及。

信号放大及处理电路

在检测到火焰时，产生的电压信号通常很微弱，需要通过信号放大电路进行放大，以便后续的信号处理电路可以对其进行识别和处理。

信号处理电路会对放大后的信号进行进一步的处理，包括滤波、去噪、信号整形等，以确保输出的信号清晰、准确。

RPFA913CC系列热释电火焰传感器

RPFA913CC系列热释电火焰传感器特点：

TO-5 封装
单通道
电压模式
低麦克风效应
大视场角（＞115°）
高探测率

在实际应用中，热释电火焰传感器可用于火灾自动预警及扑救系统，与其他类型传感器协同监测，实现早期火灾探测、火灾自动报警、引导人员疏散和联动控制各种消防设施设备，从而达到防火灭火目的。

基于热释电火焰传感器，8188www威尼斯也开发出了ZRP320/330/370系列火焰模组。模组采用热释电传感器和高性能微处理器，通过不同传感器的组合设计，内置高速单片机，采集传感器信号并利用可靠高效的算法来有效的判断火情。接口简便，输出信号齐全，只需设计简单的电源电路及继电器电路，即可开发火焰探测器整机，缩短产品开发周期，适用于航天工业、仓储设施、印刷工业、油漆制造、制药工业、发电设施、机械及汽车制造业、石油石化等领域。