JPH05296830A - 焦電素子 - Google Patents

焦電素子

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JPH05296830A
JPH05296830A JP4141925A JP14192592A JPH05296830A JP H05296830 A JPH05296830 A JP H05296830A JP 4141925 A JP4141925 A JP 4141925A JP 14192592 A JP14192592 A JP 14192592A JP H05296830 A JPH05296830 A JP H05296830A
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Masao Inoue
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 火災検知や防犯用に安心して利用できる焦電
素子を得る。 【構成】 筐体内に焦電体1や電界効果トランジスタ2
等による電気回路が構成されている。電界効果トランジ
スタ2のゲート電極が焦電体1の一方の端子に接続さ
れ、焦電体1の両端子間にゲート抵抗3が並列に接続さ
れている。そのゲート抵抗3の抵抗値を5ギガオームか
ら50ギガオームにすれば、応答周波数特性が炎の赤外
線に適合する。また、ゲート抵抗3の抵抗値を30ギガ
オーム以下にすると、周囲の温度が急激に変化しても、
無応答状態にはならず、信号が安定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、火災検知用の炎感知器
や防犯用の侵入検知器に使用される赤外線を検出するた
めの焦電素子に関する。
【0002】
【従来の技術】焦電素子は、焦電体を使用した赤外線セ
ンサであり、火災発生時に炎の赤外線を検知する炎感知
器や、防犯設備に使用される人体の赤外線を検出する侵
入検知器など検出素子に利用される。
【0003】従来、焦電素子は、図2に示すようにフィ
ルタ9を有する金属製のキャン10とステム11とによ
り筐体が構成されている。ステム11を貫通する3本の
ドレイン端子、ソース端子、アース端子を構成するピン
4、5、6の上端部にプリント基板12が載置され、電
気回路部が構成されている。
【0004】焦電素子の電気回路部は、通常プリアンプ
用の電界効果トランジスタ(以下、FETと呼ぶ)のソ
ース電極が焦電体の一方の電極に接続される。そして、
感度の周波数特性を制御するために焦電体と並列にゲー
ト抵抗が設けられ、その電気時定数により低域のカット
オフ周波数を決定している。このゲート抵抗には、従来
100〜200ギガオームの高抵抗のものが使用され、
特に人体用のものについては、素子自体の周波数特性を
広くしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ゲート抵抗の抵抗値を
100ギガオームとすると、焦電素子感度の応答周波数
は、約0.5Hzをピークにした山形の特性が得られる。
火災検知用の場合に必要な炎による周波数特性は約8Hz
にピークがあることが知られており、上記の約0.5Hz
にピークを有する特性では、炎を検知する場合、検知し
たい周波数帯域外に出力感度がピークとなることになっ
てしまう。ただ、侵入検知器に使用する場合の人体から
の赤外線の周波数特性は、約0.1Hzにピークを有して
いる。
【0006】また、上記焦電素子の周囲温度を変化させ
ると、出力が出なくなる場合がある。即ち、ゲート抵抗
の抵抗値が大きいと、焦電体に印加される電圧は小さ
く、例えば周囲温度を毎分1.4℃の割合で降下させる
と、無信号状態となる。周囲温度の変化は、空調の関係
など通常の設置場所に種々の要因があり、無信号状態と
なることは、非常に問題がある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、火災検知用に
適した周波数特性を有する焦電素子を得ることを目的と
して、ゲート抵抗の抵抗値を低くすれば周波数の応答特
性が、高周波側の感度を落とさずに低周波側の感度を落
とすように、ピークが高周波側に移行することに着目
し、筐体内に焦電体とFET等による電気回路が構成さ
れ、FETのゲート電極が焦電体の一方の端子に接続さ
れ、焦電体の両端子間にゲート抵抗が並列に接続され、
ゲート抵抗の抵抗値が5ギガオームから50ギガオーム
であることを特徴とするものである。
【0008】また、周囲温度が変動しても、相当の出力
を得ることを目的として、筐体内に焦電体とFET等に
よる電気回路が構成され、FETのゲート電極が焦電体
の一方の端子に接続され、焦電体の両端子間にゲート抵
抗が並列に接続され、ゲート抵抗の抵抗値が30ギガオ
ーム以下にすることを特徴とするものである。
【0009】
【作用】ゲート抵抗の抵抗値を低くすることにより、炎
による赤外線の周波数特性に適応した焦電素子が得られ
る。また、ゲート抵抗の抵抗値を50ギガオーム以下に
抑えると、温度変化によるノイズ成分を小さくすること
ができ、温度サイクル試験時などに発生する無信号状態
(素子の温度変化が急勾配時に信号が無くなる状態、ピ
ンチオフと呼ぶ)が現れなくなる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図1また
は図2を用い説明する。図1は本発明の焦電素子の回路
図の一実施例であり、図2はその概略断面図の一実施例
であるが、図2に関しては上記従来例と同様なので説明
は省略する。
【0011】図1において、1はPVDFやPZT等の
材質による焦電体、2はFETで、そのゲート電極は焦
電体1の一方の電極と接続されている。3は焦電体1に
並列接続されるFET2のゲート抵抗、4はFET2の
ドレイン電極に接続されたドレイン端子、5はFET2
のソース電極に接続されたソース端子、6は焦電体1の
他端の電極と接続されたアース端子である。7はFET
2のドレイン電極とアース間に設けられ、供給電圧を安
定させるためのコンデンサ、8はFET2のソース電極
とアース間に設けられ、高周波側の誘導ノイズをカット
するためのコンデンサであり、コンデンサ7、8は、容
量が10pF程度であり、後述する実験結果には影響を与
えず、また構成上なくてもよい。FET2およびゲート
抵抗3等からなる電気回路部は、筐体内のプリント基板
12に搭載されている。
【0012】このような焦電素子では、焦電体1で受光
される赤外線の変化に応じてFET2のゲート電位が変
化し、この電位変化により、ソース端子5とアース端子
6間に検出電圧が生じる。この検出電圧を、図示しない
電気回路に接続し、増幅回路で増幅した後、判別回路で
基準値と比較して、例えば火災信号を出力する。
【0013】図4に、焦電素子の周波数応答特性を調べ
るための装置構成を示した。13は赤外線を照射する光
源、14は一定の周期で回転し任意の周波数を作成でき
る回転チョッパ、15は試験される焦電素子、16は焦
電素子15の出力を電気的に増幅する交流結合増幅器、
17は回転周波数に応じた制限出力のみを取り出すため
のバンドパスフィルタである。
【0014】図4の装置を利用して、焦電素子の周波数
応答特性を調べた結果を図3に示した。図において、横
軸は回転チョッパ14による周波数(Hz)、縦軸は焦電
素子15の出力感度(mV)である。曲線Aは、焦電体1
がPVDFでありゲート抵抗3の抵抗値が100ギガオ
ームの場合であり、曲線Bは、曲線Aの焦電体1がPZ
Tの場合である。ゲート抵抗3の抵抗値が100ギガオ
ームであると、焦電体1の材質に関わらず、同様の特性
を示し、約0.5Hzあたりにピークを有する山形にな
る。この特性では、炎の赤外線や人体からの赤外線の両
方に対応することができる。
【0015】曲線Cは、曲線Aのゲート抵抗3の抵抗値
を10ギガオームにしたものである。曲線Cの場合に
は、炎特有の約8Hzの部分の感度を低下させることな
く、低域側の感度を落としている。カットオフ周波数、
即ち山形のピーク値をfcとすると、fcは次式の関係が成
り立つ。
【0016】fc = 1/(2π・c・Rg) ここで、cは焦電体1のコンデンサ容量およびFET2
の入力容量の和、Rgはゲート抵抗3の抵抗値、πは円周
率である。この式に従い、抵抗値Rgを小さくしていく
と、カットオフ周波数fcは大きくなり、低域をカットし
たい場合には、抵抗値Rgを小さくしてやればよい。それ
で、ゲート抵抗3の抵抗値を5ギガオームにすれば、約
8Hzの部分にピークが位置するが、感度自体は僅かに低
下してしまう。従って、これ以上抵抗値を低下させるこ
とは、感度が低下するとともにピークの位置も外れてし
まう。これらのことは、焦電体1の電気的性質の問題で
あり、焦電体1の材質に関わらない。
【0017】ゲート抵抗3の抵抗値の大きさは、温度サ
イクル試験にも影響がある。温度サイクル試験とは、通
常高温から低温へ所定時間で周期的に変化させ、何回か
行った後に正常な検出信号が出るかどうかを確認する試
験である。実際には、この試験の結果に影響を与えるの
ではなく、温度を変化させるときの信号に不具合があ
る。
【0018】図6に温度サイクル試験を行う装置につい
て示した。フレーム21に試験を行う素子の取付部22
が設けられ、フレーム21の素子受光面側には断熱材2
3が詰められた断熱キャップ24が装着されている。取
付部22から突出する素子のピンへ、信号を取り出すた
めの信号線25が半田付けされている。そしてこの装置
全体が図示しない温度調整装置に設置される。
【0019】図6の装置を利用して焦電素子の温度サイ
クル試験を行ったときのノイズレベルを図5に示した。
Dは抵抗値が5ギガオームの場合であり、Eは10ギガ
オーム、Fは30ギガオーム、Gは50ギガオーム、H
は100ギガオームの場合であり、各抵抗値において2
個の素子について行われている。Iはそのときの周囲温
度であり、摂氏−50℃から+50℃の範囲で、上り約
3.7℃、下り約1.4℃の勾配で変化させている。
【0020】その結果から明らかなように、Gの50ギ
ガオームおよびHの100ギガオームの場合には、完全
にピンチオフが現れている。それに対して、Eの10ギ
ガオームおよびFの30ギガオームの場合には、Dの5
ギガオームの場合程安定していないが、信号が出続けて
いる。
【0021】これは、本実施例の回路構成では、温度を
高温側から低温側へ比較的急速に低下させるときに、一
時的に焦電体1上に電荷が溜まってしまいFET2が飽
和してしまうので、結果的に信号が無くなってしまう。
このことは、この焦電素子は外気の変動が大きいと、信
号が出ない状態があることを示唆している。
【0022】即ち、ピンチオフが現れる素子で炎感知器
や侵入検知器を作成すると、周囲の温度の変化によっ
て、例えば強風や水分付着による急激な気温の変動の場
合に、正確な火災信号や防犯のための信号を送出できな
いことになる。
【0023】従って、ゲート抵抗3の抵抗値を小さくす
ることは、周波数特性の問題だけでなく、ピンチオフや
信号の安定性にも効果がある。
【0024】
【発明の効果】以上のように、本発明は、筐体内に電気
回路が構成され、電界効果トランジスタのゲート電極が
焦電体の一方の端子に接続され、焦電体の両端子間にゲ
ート抵抗が並列に接続され、ゲート抵抗の抵抗値が5ギ
ガオームから50ギガオームであることを特徴とする火
災検知用焦電素子であって、ゲート抵抗に抵抗値の低い
ものを選択することにより、炎による赤外線の周波数特
性に適応した焦電素子が得られる。
【0025】更に、抵抗値を30ギガオーム以下に抑え
ると、周囲の温度変化があってもピンチオフが現れなく
なり、信号の安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の焦電素子の回路構成を簡単に示す電気
回路図。
【図2】本発明の焦電素子の構成を簡単に示す断面図。
【図3】焦電素子の周波数特性を応答周波数に対する感
度で示した図。
【図4】図3の周波数特性を測定するための装置構成
図。
【図5】焦電素子の温度サイクル試験を行ったときのノ
イズレベルを示した図。
【図6】図5の温度サイクル試験を行うための装置構成
図。
【符号の説明】
1 焦電体 2 電界効果トランジスタ(FET) 3 ゲート抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 37/02 9276−4M

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炎の赤外線を検出して火災を判別する火
    災検知用に用いられる焦電素子において、筐体内に焦電
    体と電界効果トランジスタ等による電気回路が構成さ
    れ、前記電界効果トランジスタのゲート電極が前記焦電
    体の一方の端子に接続され、前記焦電体の両端子間にゲ
    ート抵抗が並列に接続され、前記ゲート抵抗の抵抗値が
    5ギガオームから50ギガオームであることを特徴とす
    る焦電素子。
  2. 【請求項2】 炎や人体からの赤外線を検出して火災検
    知や侵入検知に用いられる焦電素子において、筐体内に
    焦電体と電界効果トランジスタ等による電気回路が構成
    され、前記電界効果トランジスタのゲート電極が前記焦
    電体の一方の端子に接続され、前記焦電体の両端子間に
    ゲート抵抗が並列に接続され、前記ゲート抵抗の抵抗値
    が30ギガオーム以下であることを特徴とする焦電素
    子。
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