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熱釋電人體傳感器
閱讀�9202�(shí)間:2011-01-19 15:32:05

  熱釋電人體紅外線傳感器是上世紀(jì)80年代末期出現(xiàn)的一種新型傳感器�。能夠檢�(cè)到人體輻射出的紅外線信號(hào)并協(xié)同控制開(kāi)�(guān)或者報(bào)警電路,�(xiàn)�,已得到越來(lái)越廣泛的�(yīng)��

�(jiǎn)�

  熱釋電紅外線傳感器是 80 年代�(fā)展起�(lái)的一種新型高靈敏度探�(cè)元件. � 能以非接觸形式檢�(cè)出人體輻射的紅外線能量的變化, 并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)� �.將這�(gè)電壓信號(hào)加以放大,便可�(qū)�(dòng)各種控制電路,如作電源�(kāi)�(guān)控制,� 盜防火報(bào)�,自動(dòng)覽測(cè)�.

�(jié)�(gòu)

  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�(cè)元件. 在每�(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一�(gè)或兩�(gè)探測(cè)元件, 并將兩�(gè)探測(cè)元件以反 極性串�(lián), 以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾. 由探�(cè)元件將探�(cè)并接收到的紅外輻� �(zhuǎn)變成微弱的電壓信�(hào), �(jīng)裝在探頭�(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出. 為了提高探測(cè)器的探測(cè) 靈敏度以增大探測(cè)距離, 一般在探測(cè)器的前方裝設(shè)一�(gè)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�(xué)系統(tǒng)的透鏡,它和放大電路 相配�,可將信號(hào)放大 70 分貝以上,這樣就可以測(cè)� 10~20 米范圍內(nèi)人的行動(dòng). 菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光�(xué)原理,在探�(cè)器前方產(chǎn)生一�(gè)交替變化�"盲區(qū)"� "高靈敏區(qū)",以提高它的探�(cè)接收靈敏�.�(dāng)有人從透鏡前走�(guò)�(shí),人體�(fā)出的紅外線就 不斷地交替從"盲區(qū)"�(jìn)�"高靈敏區(qū)", 這樣就使接收到的紅外信號(hào)以忽�(qiáng)忽弱的脈沖形 式輸�,從而強(qiáng)其能量幅�. 人體輻射的紅外線中心波長(zhǎng)� 9~10--um,而探�(cè)元件的波�(zhǎng)靈敏度在 0.2~20--um � 圍內(nèi)幾乎�(wěn)定不�. 在傳感器頂端�(kāi)�(shè)了一�(gè)裝有濾光鏡片的窗�, 這�(gè)濾光片可通過(guò)光的 波長(zhǎng)范圍� 7~10--um,正好適合于人體紅外輻射的探測(cè),而對(duì)其它波長(zhǎng)的紅外線由濾光片 予以吸收,這樣便形成了一種專(zhuān)門(mén)用作探測(cè)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

  �(duì)不同的傳感器�(lái)�(shuō),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�(duì)的兩面各引出一根電�,在電極兩端則形成一�(gè)等效的小電容,如�2中的P1、P2。因?yàn)檫@兩�(gè)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�(jié)果是,在電容的兩端產(chǎn)生極性相反的�、負(fù)電荷。但這兩�(gè)電容的極性是相反串聯(lián)�。這正是傳感器的獨(dú)特設(shè)�(jì)之處,因而使得它具有�(dú)特的抗干擾性�

  �(dāng)傳感器沒(méi)有檢�(cè)到人體輻射出的紅外線信號(hào)�(shí),由于P1、P2自身�(chǎn)生極�,在電容的兩端產(chǎn)生極性相�、電量相等的�、負(fù)電荷,而這兩�(gè)電容的極性是相反串聯(lián)�,所�,正、負(fù)電荷相互抵消,回路中�(wú)電流,傳感器�(wú)輸出�

  �(dāng)人體靜止在傳感器的檢�(cè)區(qū)域內(nèi)�(shí),照射到P1、P2上的紅外線光能能量相�,且�(dá)到平�,極性相�、能量相等的光電流在回路中相互抵消。傳感器仍然�(méi)有信�(hào)輸出。同理,在燈光或�(yáng)光下,因�(yáng)光移�(dòng)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(yīng)頻率很低(一般為0.1~10Hz),即傳感器�(duì)紅外光的波長(zhǎng)的敏感范圍很窄(一般為5~15um�,因此,傳感器對(duì)它們不敏感�

  �(dāng)�(huán)境溫度變化而引起傳感器本身的溫度發(fā)生變化時(shí),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�(wú)輸出�

  從原理上�,任何發(fā)熱體都會(huì)�(chǎn)生紅外線,熱釋電人體紅外線傳感器�(duì)紅外線的敏感程度主要表現(xiàn)在傳感器敏感單元的溫度所�(fā)生的變化,而溫度的變化�(dǎo)致電信號(hào)的產(chǎn)�。環(huán)境與自身的溫度變化由其內(nèi)部結(jié)�(gòu)決定了它不向外輸出信�(hào);而傳感器的低頻響�(yīng)(一般為0.1~10Hz)和�(duì)特定波長(zhǎng)紅外線(一般為5~15um)的響應(yīng)決定了傳感器只對(duì)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�(duì)人體而言就是移動(dòng)。所�,傳感器�(duì)人體的移�(dòng)或運(yùn)�(dòng)敏感,對(duì)靜止或移�(dòng)很緩慢的人體不敏�;它可以抗可�(jiàn)光和大部分紅外線的干��

  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(zhǎng)以外的紅外線。例�,SCA02-1�(duì)7.5~14um波長(zhǎng)的紅外線的穿透量�70%,在6.5um處時(shí)下降�65%,而在5.0um處時(shí)陡降�0.1%;P2288的響�(yīng)波長(zhǎng)�6~14um,中心波�(zhǎng)�10um�

  物體�(fā)射出的紅外線輻射�,最�(qiáng)波長(zhǎng)和溫度的�(guān)系滿足λm*T=2989(um.k)(其中λm為波�(zhǎng),T為溫度)。人體的正常體溫�36~37.5。C ,即309~310.5K,其輻射的最�(qiáng)的紅外線的波�(zhǎng)為λm=2989/�309~310.5�=9.67~9.64um,中心波�(zhǎng)�9.65um。因此,人體輻射的最�(qiáng)的紅外線的波�(zhǎng)正好落在濾光窗的響應(yīng)波長(zhǎng)�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(guò),而限度地阻止�(yáng)�、燈光等可見(jiàn)光中的紅外線的通過(guò),以免引起干��

  綜上所述,傳感器只�(duì)移動(dòng)或運(yùn)�(dòng)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�(shí)傳感器的探測(cè)半徑不足2米,只有配合菲涅爾透鏡使用才能�(fā)揮作�。配上菲涅爾透鏡�(shí)傳感器的探測(cè)半徑可達(dá)�10�。例�,一些傳感器�(duì)�(yuǎn)�20米處快速行駛的汽車(chē)?yán)锏娜梭w也能可靠地檢�(cè)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�(gè)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�(gè)透鏡單元,它們由一�(gè)�(gè)同心圓構(gòu)�,同心圓圓心在透鏡單元�(nèi)。中間和下半部分的每一等份也為分別一�(gè)透鏡單元,同樣由同心圓構(gòu)�,但同心圓圓心不在透鏡單元�(nèi)。當(dāng)光線通過(guò)這些透鏡單元�,就�(huì)形成明暗相間的可�(jiàn)區(qū)和盲區(qū)。由于每一�(gè)透鏡單元只有一�(gè)很小的視�,視角內(nèi)為可�(jiàn)區(qū),視角外為盲區(qū)。任何兩�(gè)相鄰?fù)哥R單元之間均以一�(gè)盲區(qū)和可�(jiàn)區(qū)相間�,它們斷�(xù)而不重疊和交叉,如圖3b。這樣,當(dāng)把透鏡放在傳感器正前方的適�(dāng)位置�(shí),運(yùn)�(dòng)的人體一旦出�(xiàn)在透鏡的前方,人體輻射出的紅外線通過(guò)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�(jiàn)區(qū)�,使傳感器表面的溫度不斷�(fā)生變�,從而輸出電信號(hào)。也可以這樣理解,人體在檢測(cè)區(qū)�(nèi)活動(dòng)�(shí),一離開(kāi)一�(gè)透鏡單元的視�(chǎng),又�(huì)立即�(jìn)入另一�(gè)透鏡單元的視�(chǎng),(�?yàn)橄噜�(fù)哥R單元之間相隔很近�,傳感器上就出現(xiàn)隨人體移�(dòng)的盲區(qū)和可�(jiàn)區(qū),導(dǎo)致傳感器的溫度變�,而輸出電信號(hào)�

  菲涅爾透鏡不僅可以形成可見(jiàn)區(qū)和盲區(qū),還有聚焦作用,其焦�(diǎn)一般為5厘米左右,實(shí)際應(yīng)用時(shí),應(yīng)根據(jù)�(shí)際情況或資料提供的說(shuō)明調(diào)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�,顏色為乳白色或黑色,呈半透明狀,但�(duì)波長(zhǎng)�10um左右的紅外線�(lái)�(shuō)卻是透明的�

�(yīng)�

  1.“有�,危�(xiǎn)”安全警示電路用于有電的�(chǎng)合,�(dāng)有人�(jìn)入這些�(chǎng)合時(shí),通過(guò)�(fā)出語(yǔ)音和聲光提醒人們注意安��

  2.自動(dòng)門(mén)主要用于銀�、賓�。當(dāng)有人�(lái)到時(shí),大門(mén)自動(dòng)打開(kāi),;人離�(kāi)后又自動(dòng)�(guān)��

  3.紅外線防盜報(bào)警器用于銀�、辦公樓、家庭等�(chǎng)合的防盜�(bào)��

  4.高速公路車(chē)輛車(chē)流計(jì)�(shù)�

  5.自動(dòng)�(kāi)、關(guān)的照明燈,人體接近自�(dòng)�(kāi)�(guān)��

維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��

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