پیروالکتریک (Pyroelectric Sensor)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
پیروالکتریک (Pyroelectric Sensor) :
سنسور پیروالکتریک بر اساس اثر پیروالکتریک کار می کند که در برخی بلورهای دارای قطبش خودبه خودی (مانند تانتالات لیتیم (LiTaO3)، نیوبات لیتیم (LiNbO3) و PZT) مشاهده می شود. در این مواد، تغییر دما باعث تغییر در قطبش الکتریکی سطحی بلور می شود و در نتیجه یک میدان الکتریکی و جریان الکتریکی موقت در مدار خارجی ایجاد می گردد. توجه کنید که این سنسور به تغییرات دما حساس است، نه به دمای مطلق (یعنی مشتق گیر عمل می کند).
ضریب پیروالکتریک (p) به صورت
\[ p = \frac{dP_s}{dT} \]تعریف می شود که
\[ P_s \]قطبش خودبه خودی است. وقتی دما تغییر می کند، بار الکتریکی روی الکترودها ایجاد می شود. جریان خروجی
\[ i_p = p A \frac{dT}{dt} \]است که A مساحت الکترود و
\[ \frac{dT}{dt} \]نرخ تغییر دما می باشد. بنابراین سنسور پیروالکتریک فقط به تغییرات دما پاسخ می دهد و برای تشخیص تابش متناوب (chopped radiation) ایده آل است.
\[ i_p = p A \frac{dT}{dt} \]یک سنسور پیروالکتریک معمولا شامل یک بلور نازک پیروالکتریک با الکترودهایی روی دو طرف است که یک خازن را تشکیل می دهند. یک ترانزیستور اثر میدان (FET) برای تطبیق امپدانس بالا و تقویت سیگنال استفاده می شود. برای کاهش نویز ارتعاشی و حساسیت به تغییرات دمای محیط، از دو المان پیروالکتریک به صورت دیفرانسیلی (جبران ساز) استفاده می شود.
معروف ترین کاربرد سنسور پیروالکتریک، سنسور مادون قرمز غیرفعال (PIR) است که در چراغ های روشنایی خودکار و سیستم های امنیتی برای تشخیص حرکت انسان (یا هر جسم گرم) استفاده می شود. وقتی یک جسم گرم (با دمای متفاوت از زمینه) در میدان دید سنسور حرکت می کند، تابش فروسرخ متغیری به سنسور می تابد و باعث تغییر دما و در نتیجه تولید سیگنال الکتریکی می شود.
کاربردهای دیگر: طیف سنجی فروسرخ (به عنوان آشکارساز در دستگاه های FTIR)، آشکارسازهای شعله (تشخیص سوسو زدن شعله)، آلارم های دود (بر اساس پراکندگی نور)، و اندازه گیری توان لیزرهای پالسی. مزایا: پاسخ سریع (تا نانوثانیه در انواع خاص)، پهنای باند وسیع، کار در دمای اتاق، و حساسیت بالا به تغییرات کوچک دما.
نکته مهم: سنسور پیروالکتریک برای اندازه گیری تابش ثابت (DC) مناسب نیست مگر اینکه تابش قطع و وصل (modulate) شود. همچنین نسبت به لرزش و صدا حساس است (اثر میکروفونی). پاسخ آن به دما به معادله انتقال حرارت در بلور وابسته است و با مدل های الکتریکی (مدار معادل) تحلیل می شود.
