这次无线电小组的活动，同学们组装了“人体红外自动灯控制器”（图1），在老师的辅导下，大家进一步学习了热释电红外线传感器的原理及其应用。
同学：老师，您在介绍人体红外自动灯控制器时告诉我们，这个电路的核心元件是红外热释电传感器，通过它把检测到的人体放射的微弱红外线能量转换成电信号。请问您为什么不用红外接收光电二极管呢？
老师：大家曾经制作过红外遥控电路，它使用红外发光二极管作为红外光源，这种红外光源发射的是近红外线，波长为0.93μm，所以能够被光电二极管有效地接收并转换成电信号。人体虽然也在不停地放射红外线，可是人的体温只有37℃，发射的是远红外线，波长范围是8～15μm，不能被光电二极管所接收，必须使用红外热释电传感器。
同学：红外热释电传感器是用什么材料制作的，它的基本工作原理是什么呢？
老师：我先简单说说什么是热释电效应。某些强介电质材料，如钛酸钡、钽酸锂、锆钛酸铅等晶体，若使它们的表面温度发生改变，随着温度的上升或下降，这些物质的表面上就会产生电荷的变化，这种物理现象就叫热释电效应。用来制作热释电传感器中敏感元件的晶体（如钛酸钡）称为PZT，在PZT的上下表面设置电极（图2），上表面覆有一层黑色氧化膜，用来提高热-电转换效率。当有远红外线间歇地照射时，它的表面温度上升，晶体内部的原子排列就会发生变化，产生自发极化电荷，在PZT两极间建立起电压。
同学：今天我们使用的SO 2型红外热释电传感器（图3）内部是怎么组成的呢？
老师：SO2是一种双基元红外热释电传感器，也就是说传感内部由两只PZT敏感元件反极性串联组成，它的好处是，当入射的能量顺序地射到两个元件时，输出比单元件要高两倍，同时，周围环境温度的变化在两元件上所感应出来的电压，大小相等，极性相反，互相抵消，这就有效地避免了环境温度变化对传感器的影响。由于PZT敏感元件的输出阻抗极高，输出电压又极其微弱，所以制作传感器时内部都接有一个场效应管FET及厚膜电阻Rg，用以起到阻抗变换作用。另外，为了滤去无用的红外线，在传感器受光面上都装有滤光片（过滤晶片），只让有用的红外线进入窗口。
同学：今天我们使用的“人体红外自动灯控制器”套件中，外壳的前部有一块具有特殊纹理的塑料面罩，您称它为菲涅尔透镜，它的作用是什么呢？
老师：我们人体所放射的远红外线能量是十分微弱的，直接由红外热释电传感器接收，灵敏度很低，控制距离一般只有1～2m，远远不能满足要求。为此，专门设计了一种由塑料制成的特殊光学系统——菲涅尔透镜，用它把微弱的红外线能量进行“聚焦”，可以把传感器的探测距离提高到10m以上。菲涅尔透镜是一种用聚乙烯注塑成的薄镜片，里面有精细的镜面和纹理〔图4（a）〕，对红外线的透射率高于65％。菲涅尔透镜与红外热释电传感器之间的距离应该与透镜的焦距相等。今天大家所用的7706型菲涅尔透镜，焦距为30mm，探测角（水平角度）为108°。菲涅尔透镜呈圆弧状，透镜焦距正好对准敏感元件中心〔图4（b）〕。透镜的镜面和纹理，可以使移动物体或人体发射的红外线进入透镜时，产生一个交替的“盲区”和“高灵敏区”，形成了光脉冲。由于透镜由很多盲区及高灵敏区组成，将把一系列的光脉冲送入传感器，大大提高了接收灵敏度。
同学：“人体红外自动灯控制器”电路中，集成电路TWH9512的主要功能是什么呢？
老师：TWH9512是人体红外自动灯控制器专用模块（图5）。它的内部电路比较复杂，今天不作介绍，我可以把人体红外控制器的方框图（图6）告诉大家。红外热释电传感器输出的只有几毫伏的微弱电信号经过放大电路进行放大后，送到比较器。为什么要设置比较器呢？这是因为放大电路输出信号中，除了有用信号外，还有一些噪声和干扰信号，为了提高抗干扰能力，接入比较器，设定一定的阈值，只有当输入信号大于阈值时，比较器才能导通，这就可以把一部分噪声信号拒之门外，提高了可靠性。经过比较器处理的信号，由延时电路给予一定的延时，“人体红外自动灯控制器”的延时时间是10s左右。输出信号最后经过驱动电路驱动晶闸管或继电器动作，向负载送出控制信号，完成预定的控制功能。
同学：自动灯控制器电路里的光敏电阻RG起什么作用呢？
老师：光敏电阻RG和可变电阻RP2组成光控电路，用以使自动灯在白天自动停止工作，调节RP2可以调整光控灵敏度，使电灯在合适的光照条件下点亮或熄灭，如果需要全天候控制时，可去掉光敏电阻。
同学：人体红外自动灯控制器除了用作公共通道、卫生间的自动延时照明外，还有什么其他用途吗？
老师：人体红外控制器的应用是十分广泛的，在工农业生产、国防、医学、气象和航空航天领域都有它的用武之地。随便举几个例子，如防盗报警 、自动门和许多自动控制装置等都可以应用人体红外控制器，它的典型电路（图7）与自动灯控制器电路差不多，只不过它采用的是继电器输出隔离控制型电路，控制功率可以达到500W，电路中需选用TWH9511型专用控制模块。
同学：人体红外控制器有没有产品出售呢？
老师：广东中山达华电子厂（网址：www.twh.com.cn）生产的T9241热释电探测器跟我们今天介绍的电路大体相同，也分成双向晶闸管型、交流继电器型和直流电器型，安装使用十分方便。
（宋东生）