آشکارسازهای پایروالکتریک(Pyroelectric detectors)

روکشهای  پایروالکتریک موادی هستند که وقتی تحت تابش شعاعهای فروسرخ قرار می گیرند صفحات آنها بار دار میشود. در گذشته برای این مورد از لایه های پلاستیکی استفاده می شد اما ماده ای که اکنون برای آشکارسازی فروسرخ غیرفعال PIR مدرن مناسب تشخیص داده شده تانتالات لیتیم است. ساختمان یک آشکاساز مشابه با یک خازن است که یکی از صفحات آن از جنس فلز و صفحه دیگر آن یک ماده پایرو الکتریک با صفحه هدایت کننده است. به دلیل اثر فروسرخ در جداسازی بارها روی ماده پایروالکتریک که به اشتباه اما به واقع پلاریزاسیون نیز نامیده میشود همزمان ا تغییر مقدار تابش فروسرخ ورودی مقدار بار الکتریکی وبالطبع آن ولتاژ بین دو صفحه خازن پایروالکتریک نیز تغییر می کند.

ثابت زمانی دارای مقدار بزرگی است به طوری که سرعت پاسخ به تغییرات در شعاعهای فروسرخ در محدوده 0.2 تا 1HZ است.به هر صورت به دلیل اینکه آشکارساز به شکل یک خازن است. دارای پاسخ از نوع DC نمی باشد به طوری که یک منتشر کننده فروسرخ غیرمتحرک قابل تشخیص وآشکارسازی نخواهد بود.

مضافا به اینکه خازن دارای آمپدانس خیلی بالایی است به طوری که یک آشکارساز عملی پایروالکتریک شامل یک خازن به همراه یک ترازیستور مس فت (MOSFET) درون یک محفظه واحد است واتصالات خروجی از آن به سورس و درین مس فت متصل است. موارد اصلی کاربرد آشکارسازهای پایروالکتریک در ساخت دزدگیر کلید اتوماتیک روشنایی و تجهیزات دربازکن اتوماتیک وسیستم مکان یابی است.

پارامترهای اصلی آشکارساز پایروالکتریک عبارت است از قدرت معادل نویز NEP پاسخ دهی وپاسخ فرکانسی

کمیت NEP برای یک انرژی منبع سرعت تغییرسیگنال وعرض بلند بیانگر پایین ترین حدی است که یک آشکارساز می تواند مفید باشد زیرا سیگنالهایی که پایین تر از این حد باشند زیر سطح نویز قرار می گیرند. در مورد یک اشکارساز نمونه برای یک منبع در یک دمای رنگی 500K در فرکانس 10HZ وعرض بلند 1HZ برایماده پایروالکتریک تانتالات لیتیم کمیت NEP دارای مقدار 10 W تعیین شده است.

پاسخ دهی را میتوان به صورت ولتاژ و یا جریان خروجی به عنوان ولت بر واحد انرژی تابشی و یا جریان بر واحد انرژی تابشی در یک طول موج مسلط ویا دمای رنگی منبع تعریف کرد.یک عدد نمونه برای پاسخ دهی ولتاژ مقدار 3200V/W است.پاسخ فرکانسی پاسخ دهی به معنای تغییر پاسخ دهی برای فرکانسهای مدولاسیون نه فرکانس تابش شده است واین مطلب همانگونه که در گذشته گفته شد بستگی به عمل یک فیلتر پایین گذر با یک قله کمتر از 1HZ دارد.

شکل یک نمونه واحد فروسرخ غیرفعال PIR را که با استفادهاز محفظه سی DIL در ابعاد  با 8 پین ساخته شده نشان میدهد. مدار معادل آن تشکیل شده از دو خازن پایروالکتریک و به گونه ای وصل شده اند که ولتاژهای انها به یکدیگر اضافه می شود واین ولتاژ جمع شده به گیت یک مس فت که سورس ودرین آن دو پین از محفظه ای سی را تشکیل می دهند اعمال می شود.

یک ولتاژ تغذیه بین 3تا15V برای راه اندازی مورد نیاز است و معمولا ترازیستور مس فت به شکل سورس فالوور و با یک مقاومت بین 100 تا  راه اندازی می شود.ماکزیمم جریان مصرفی  است.پاسخ

نسبی برای یک فرکانس 0.2HZ دارای مقدار بیشینه است ودر فرکانس 0.7Hz , 0.055Hzبه %50 مقدار ماکزیمم افت می کند وباعث می شود آی سی نسبت به حرکت انسانها و حیوانات دارای رفتار مناسبی باشد.

این واحد ای سی را میتوان به همراه یک عدسی تراش خودره عدسی فرزنل به کار برد زیرا لازم است تابشهای فروسرخ ارسالی از شی به سط پایروالکتریک به صورت متمرکز وبا شدت هر چه بیشتر بتابد و در ضمن باعث می شود هر نوع حرکت شی متحرک با زاویه بیشتری کنترل شده وشعاعهای فروسرخ حاصل از شی متحرک گرم از زاویه دید بزرگتری توسط واحد PIR جاروب شود.

شکل یک مدار نمونه را نشان می دهدکه با استفاده از یک مدار سورس فالوور که توسط یک بار  به مس فت داخل وصل است راه اندازی شده است. خروجی حاصل از آشکارساز در دو طبقه از یک تقویت کننده عملیاتی 4 واحدی تقویت می شود در شرایطی که بهره ولتاژ کلی در حدود 3200 است و این بهره ولتاژ توسط یک مقاومت متغیر که در مدار فیدبک IC2 قراردارد قابل کنترل است. خروجی حاصل از IC2 توسط یک مقاومت متغیر به مدار کنترل آستانه متصل است وتوسط این مقاومت متغیرولتاژ آستانه ای که در آن ولتاژ سیگنال به ترازیستور خروجی Tr1 به منظور تقویت وشکل دهی سیگنال خروجی از آشکارساز هدایت می شود قابل تنظیم است. خروجی مورد نظر یک  را راه اندازی می کند و در ضمن یک خروجی برای راه اندازی مدار اعلام خطر فراهم می کند. در عمل مدار اعلام خطر در غیر موارد ضروری خاموش می شود اما معمولا برای اینکه صحت عمل مدار در هر لحظه معلوم باشد LED فعال باقی می ماند.