热释电红外传感器线性阵列 热释电红外传感器线性阵列是由多个热释电红外传感单元按一维直线排列而成的集成器件。其核心是利用热释电效应，将红外辐射强度的空间分布转换为一系列按序排列的电信号，用于非接触式一维温度分布或运动轨迹探测。 我们来循序渐进地理解它： 第一步：从单元到阵列的动机 单个热释电红外传感器（如同已讲过的词条）只能感知其视场内整体的红外辐射变化，无法区分辐射来源的具体位置。通过将多个微型化的传感单元（像素）紧密排列成一条线，每个单元对应一个独立的探测区域（即一个“点”），从而实现对一条线上不同位置红外辐射的同步探测。这使其具备了“一维成像”或“线扫描”的能力。 第二步：阵列的物理结构 衬底 ：通常使用高热绝缘性、低热导的陶瓷（如氧化铝）或硅基微加工结构作为公共机械支撑。 传感单元 ：每个单元包含： 热释电材料薄片 ：如锆钛酸铅（PZT）、钽酸锂（LiTaO₃）等。每个单元的材料是独立且物理分隔的，以防止热串扰。 电极 ：每个单元的上、下表面都有独立的金属电极（通常是铬/金），用于收集电荷。在阵列中，每个单元的电极通过微细引线分别连接到公共的行或列总线上。 热隔离结构 ：单元之间通过深刻蚀沟槽或低热导材料进行物理隔离，这是关键设计。目的是尽量减少相邻单元之间的热量传导，确保每个单元只响应其正上方入射的红外辐射，避免因热扩散导致的图像模糊（即空间分辨率下降）。 读出电路接口 ：阵列一端或两端集成了多路模拟开关或专用读出集成电路（ROIC）。由于每个单元产生的都是微弱的电荷信号，ROIC负责按顺序（或特定寻址方式）将每个单元的电荷信号转换为电压信号，并进行初步放大，然后通过少数几条输出线串行输出。 第三步：信号产生与读出过程 辐射接收 ：当有红外辐射（如人体移动、热物体）扫过线性阵列前方时，不同位置的单元会按时间顺序接收到强度变化的辐射。 电荷生成 ：每个单元独立工作。入射辐射导致其热释电材料温度变化，由于热释电效应，材料表面产生与温度变化率成正比的束缚电荷变化，进而通过电极感应出可测量的自由电荷（电流信号）。 信号多路复用 ：阵列的ROIC以固定频率（帧频）循环扫描每个单元。扫描电路依次选通每个单元的开关，将该单元产生的信号连接到公共的输出放大器上。这个过程将空间分布（沿阵列方向）转换为时间序列的电信号。 输出信号 ：最终输出是一个随时间变化的模拟电压波形，其波形的幅度序列直接对应了沿线性阵列方向的红外辐射强度分布。 第四步：核心性能参数 像素数量与间距 ：像素数（如64、128、256）决定了沿扫描方向的空间采样点数。像素中心距（如100μm）决定了理论空间分辨率。 热串扰 ：衡量相邻像素间因热传导导致信号相互影响的程度，主要由热隔离结构的设计质量决定。 响应均匀性 ：阵列中各单元对相同红外辐射的响应一致性，不均匀性需要进行校准补偿。 扫描帧率 ：ROIC每秒能完成多少次完整的全线扫描，决定了系统对动态过程的时间分辨率。 第五步：典型应用模式 一维温度分布测量 ：将阵列固定对准一个静态的线性区域（如传送带上物品的边缘、炉内带状材料的横向温度分布），直接读取其输出信号幅度分布，即可得到该线的温度剖面图。 运动轨迹与计数 ：这是其最经典的应用。当物体（如人）垂直于阵列的指向方向运动时，其热像会依次扫过阵列上的各个像素，输出信号会呈现一个特征峰值在时间轴上移动的波形。通过分析这个波形，可以精确判断运动方向、速度、甚至计数。常见的自动门传感器、安防区域入侵探测便基于此原理。 二维成像的构建 ：如果让线性阵列与被测场景之间沿垂直于阵列的方向做相对运动（或利用旋转镜扫描），通过逐线采集并拼接，可以构建出整个场景的二维热图像。这是早期红外热像仪和某些扫描式热像系统的核心部件。 总之，热释电红外传感器线性阵列通过将多个热释电传感单元集成并热隔离，结合扫描读出电路，实现了对红外辐射的一维空间分辨探测，是介于单点传感器和面阵成像传感器之间的重要器件，在安防、工业检测和基础热成像中具有独特价值。