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熱釋電人體傳感器
閱讀�9204時間�2011-01-19 15:32:05

  熱釋電人體紅外線傳感器是上世紀80年代末期出現(xiàn)的一種新型傳感器�。能夠檢測到人體輻射出的紅外線信號并�(xié)同控制開關或者報警電路,�(xiàn)�,已得到越來越廣泛的應用�

簡介

  熱釋電紅外線傳感器是 80 年代�(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元�. � 能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變�, 并將其轉換成電壓信號� �.將這個電壓信號加以放�,便可驅動各種控制電路,如作電源開關控制,� 盜防火報�,自動覽測�.

結構

  主要是由一種高熱電系數(shù)的材�,如鋯鈦酸鉛系陶瓷,鉭酸�,硫酸三甘鈦等制成� 寸為 2*1mm 的探測元�. 在每個探測器內裝入一個或兩個探測元�, 并將兩個探測元件以� 極性串�(lián), 以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾. 由探測元件將探測并接收到的紅外輻� 轉變成微弱的電壓信號, �(jīng)裝在探頭內的場效應管放大后向外輸�. 為了提高探測器的探測 靈敏度以增大探測距離, 一般在探測器的前方裝設一個菲涅爾透鏡, 該透鏡用透明塑料制成, 將透鏡的上,下兩部分各分成若干等�,制成一種具有特殊光學系�(tǒng)的透鏡,它和放大電路 相配�,可將信號放大 70 分貝以上,這樣就可以測� 10~20 米范圍內人的行動. 菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學原�,在探測器前方�(chǎn)生一個交替變化的"盲區(qū)"� "高靈敏區(qū)",以提高它的探測接收靈敏度.當有人從透鏡前走過時,人體�(fā)出的紅外線就 不斷地交替從"盲區(qū)"進入"高靈敏區(qū)", 這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖� 式輸�,從而強其能量幅�. 人體輻射的紅外線中心波長� 9~10--um,而探測元件的波長靈敏度在 0.2~20--um � 圍內幾乎�(wěn)定不�. 在傳感器頂端開設了一個裝有濾光鏡片的窗口, 這個濾光片可通過光的 波長范圍� 7~10--um,正好適合于人體紅外輻射的探測,而對其它波長的紅外線由濾光片 予以吸收,這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感�.

原理

  熱釋電人體紅外線傳感器由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗等三大部分組��

  1.敏感單元

  對不同的傳感器來�,敏感單元的制造材料有所不同。如,SD02的敏感單元由鋯鈦酸鉛制成;P2288由LiTaO3 制成。這些材料再做成很薄的薄片,每一片薄片相對的兩面各引出一根電�,在電極兩端則形成一個等效的小電容,如圖2中的P1、P2。因為這兩個小電容是做在同一硅晶片上�,而它們形成的等效小電容能自身�(chǎn)生極�,極化的結果是,在電容的兩端�(chǎn)生極性相反的�、負電荷。但這兩個電容的極性是相反串聯(lián)的。這正是傳感器的獨特設計之�,因而使得它具有獨特的抗干擾性�

  當傳感器沒有檢測到人體輻射出的紅外線信號�,由于P1、P2自身�(chǎn)生極�,在電容的兩端產(chǎn)生極性相反、電量相等的�、負電荷,而這兩個電容的極性是相反串聯(lián)的,所�,正、負電荷相互抵消,回路中無電�,傳感器無輸出�

  當人體靜止在傳感器的檢測區(qū)域內�,照射到P1、P2上的紅外線光能能量相�,且達到平衡,極性相�、能量相等的光電流在回路中相互抵�。傳感器仍然沒有信號輸出。同�,在燈光或陽光下,因陽光移動的速度非常緩慢,P1、P2上的紅外線光能能量仍然可以看作是相等�,且在回路中相互抵消;再加上傳感器的響應頻率很低(一般為0.1~10Hz�,即傳感器對紅外光的波長的敏感范圍很窄(一般為5~15um�,因此,傳感器對它們不敏感�

  當環(huán)境溫度變化而引起傳感器本身的溫度發(fā)生變化時,因P1、P2做在同一硅晶片上�,它所�(chǎn)生的極性相�、能量相等的光電流在回路中仍然相互抵�,傳感器無輸出�

  從原理上�,任何發(fā)熱體都會�(chǎn)生紅外線,熱釋電人體紅外線傳感器對紅外線的敏感程度主要表�(xiàn)在傳感器敏感單元的溫度所�(fā)生的變化,而溫度的變化導致電信號的�(chǎn)�。環(huán)境與自身的溫度變化由其內部結構決定了它不向外輸出信號;而傳感器的低頻響應(一般為0.1~10Hz)和對特定波長紅外線(一般為5~15um)的響應決定了傳感器只對外界的紅外線的輻射而引起傳感器的溫度的變化而敏�,而這種變化對人體而言就是移動。所�,傳感器對人體的移動或運動敏�,對靜止或移動很緩慢的人體不敏感;它可以抗可見光和大部分紅外線的干擾�

  2.濾光�

  它是由一塊薄玻璃片鍍上多層濾光層薄膜而成�,濾光窗能有效地濾除7.0~14um波長以外的紅外線。例�,SCA02-1�7.5~14um波長的紅外線的穿透量�70%,在6.5um處時下降�65%,而在5.0um處時陡降�0.1%;P2288的響應波長為6~14um,中心波長為10um�

  物體�(fā)射出的紅外線輻射能,最強波長和溫度的關系滿足λm*T=2989(um.k)(其中λm為波�,T為溫度)。人體的正常體溫�36~37.5。C ,即309~310.5K,其輻射的最強的紅外線的波長為λm=2989/�309~310.5�=9.67~9.64um,中心波長為9.65um。因此,人體輻射的最強的紅外線的波長正好落在濾光窗的響應波長�7~14um)的中心。所以,濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線通過,而限度地阻止陽光、燈光等可見光中的紅外線的通過,以免引起干��

  綜上所�,傳感器只對移動或運動的人體和體溫近似人體的物體起作用�

  菲涅爾透鏡不使用菲涅爾透鏡時傳感器的探測半徑不�2�,只有配合菲涅爾透鏡使用才能�(fā)揮作�。配上菲涅爾透鏡時傳感器的探測半徑可達到10�。例如,一些傳感器對遠�20米處快速行駛的汽車里的人體也能可靠地檢測到。菲涅爾透鏡采用塑料片制作而成。圖3為它的平面圖。從圖中可以看出,透鏡在水平方向上分寸�3個部分,每一部分在豎直方向上又等分成若干不同的區(qū)�。最上面部分的每一等份為一個透鏡單元,它們由一個個同心圓構成,同心圓圓心在透鏡單元�。中間和下半部分的每一等份也為分別一個透鏡單元,同樣由同心圓構�,但同心圓圓心不在透鏡單元�。當光線通過這些透鏡單元�,就會形成明暗相間的可見區(qū)和盲區(qū)。由于每一個透鏡單元只有一個很小的視角,視角內為可見區(qū),視角外為盲區(qū)。任何兩個相鄰透鏡單元之間均以一個盲區(qū)和可見區(qū)相間�,它們斷�(xù)而不重疊和交叉,如圖3b。這樣,當把透鏡放在傳感器正前方的適當位置時,運動的人體一旦出�(xiàn)在透鏡的前方,人體輻射出的紅外線通過透鏡后在傳感器上形成不斷交替變化的陰影區(qū)(盲區(qū))和明亮區(qū)(可見區(qū)�,使傳感器表面的溫度不斷�(fā)生變化,從而輸出電信號。也可以這樣理解,人體在檢測區(qū)內活動時,一離開一個透鏡單元的視�,又會立即進入另一個透鏡單元的視場,(因為相鄰透鏡單元之間相隔很近�,傳感器上就出現(xiàn)隨人體移動的盲區(qū)和可見區(qū),導致傳感器的溫度變�,而輸出電信號�

  菲涅爾透鏡不僅可以形成可見區(qū)和盲區(qū),還有聚焦作�,其焦點一般為5厘米左右,實際應用時,應根據(jù)實際情況或資料提供的說明調整菲涅爾透鏡與傳感器之間的距�,一般把透鏡固定在傳感器正前�1~5厘米的地��

  菲涅爾透鏡一般采用聚乙烯塑料片制成,顏色為乳白色或黑�,呈半透明狀,但對波長為10um左右的紅外線來說卻是透明��

應用

  1.“有�,危險”安全警示電路用于有電的場合,當有人進入這些場合�,通過�(fā)出語音和聲光提醒人們注意安全�

  2.自動門主要用于銀�、賓�。當有人來到�,大門自動打開,;人離開后又自動關��

  3.紅外線防盜報警器用于銀�、辦公樓、家庭等場合的防盜報��

  4.高速公路車輛車流計�(shù)�

  5.自動�、關的照明燈,人體接近自動開關等�

維庫電子�,電子知�,一查百��

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