熱釋電人體紅外傳感器PPT

1、第4講 熱釋電人體紅外傳感器,存在于自然界的物體，如人體、火焰、冰塊等物都會(huì)發(fā)射紅外線，但波長(zhǎng)各不相同。人體溫度為3637oC，所發(fā)射的紅外線波長(zhǎng)為910m，屬遠(yuǎn)紅外區(qū)；400700oC的發(fā)熱體，所放射出的紅外線波長(zhǎng)為35m，屬中紅外區(qū)。熱釋電紅外傳感器不受白天黑夜的影響，可晝夜不停地用于監(jiān)測(cè)，廣泛地用于防盜報(bào)警,1、熱釋電人體紅外傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理 熱釋電人體紅外傳感器(PIP)一般都采用差動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)，由敏感元件、場(chǎng)效應(yīng)管，高值電阻等組成，如圖11.20所示。其中(a)為內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，(b)為內(nèi)部電氣連接圖。 1)敏感元件 敏感元件，是用熱釋電人體紅外材料(通常是鋯鈦酸鋁)制成的，先把熱釋

2、電材料制成很小的薄片，再在薄片兩面鍍上電極，構(gòu)成兩個(gè)串聯(lián)的有極性的小電容器。將極性相反的兩個(gè)敏感元做在同一晶片上，是為了抑制由于環(huán)境與自身溫度變化而產(chǎn)生熱釋電信號(hào)的干擾，見圖11.20(b)所示。而熱釋電人體紅外傳感器在實(shí)際使用時(shí)，前面要安裝透鏡，通過透鏡的外來紅外輻射只會(huì)聚在一個(gè)敏感元上，以增強(qiáng)接收信號(hào)。熱釋電人體紅外傳感器的特點(diǎn)是它只在由于外界的輻射而引起它本身的溫度變化時(shí)，才給出一個(gè)相應(yīng)的電信號(hào)，當(dāng)溫度的變化趨于穩(wěn)定后就再?zèng)]有信號(hào)輸出，所以說熱釋電信號(hào)與它本身的溫度的變化率成正比，或者說熱釋電紅外傳感器只對(duì)運(yùn)動(dòng)的人體敏感，應(yīng)用于當(dāng)今探測(cè)人體移動(dòng)報(bào)警電路中,2)場(chǎng)效應(yīng)管和高阻值電阻Rg 通

3、常敏感元件材料阻值高達(dá)。因此，要用場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換，場(chǎng)效應(yīng)管常用2SK303V3、2SK94X3等來構(gòu)成源極跟隨器，高阻值電阻Rg的作用是釋放柵極電荷，使場(chǎng)效應(yīng)管正常工作。一般在源極輸出接法下，源極電壓約為0.41.0V。通過場(chǎng)效應(yīng)管，傳感器輸出信號(hào)就能用普通放大器進(jìn)行處理。 3)濾光窗 熱釋電人體紅外傳感器中的敏感元件是一種廣譜材料，能探測(cè)各種波長(zhǎng)輻射。為了使傳感器對(duì)人體最敏感，而對(duì)太陽、電燈光等有抗干擾性，傳感器采用了濾光片作窗口，即濾光窗。濾光片是在S基板上鍍多層膜做成的。每個(gè)物體都發(fā)出紅外輻射，其輻射最強(qiáng)的波長(zhǎng)滿足維恩位移定律： mT=2 989(mk) 式中m-最大波長(zhǎng)，T絕對(duì)溫

4、度,人體溫度為3637，即309310k，其輻射的紅外波長(zhǎng)m=2 9893093109.679. 64 m ?？梢姡梭w輻射的紅外線最強(qiáng)的波長(zhǎng)正好在濾光片的響應(yīng)波長(zhǎng)7.514mm的中心處。故濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線通過，而阻止太陽光、燈光等可見光中的紅外線通過，免除干擾。所以，熱釋電人體紅外傳感器只對(duì)人體和近似人體體溫的動(dòng)物有敏感作用,4)菲涅爾透鏡 熱釋電人體紅外傳感器只有配合菲涅爾透鏡使用才能發(fā)揮最大作用。不加菲涅爾透鏡時(shí)，該傳感器的探測(cè)半徑可能不足2m，配上菲涅爾透鏡則可達(dá)10m，甚至更遠(yuǎn)。菲涅爾透鏡是用普遍的聚乙烯制成的，安裝在傳感器的前面。透鏡的水平方向上分成三部分，每一部分

5、在豎直方向上又分成若干不同的區(qū)域，所以菲涅爾透鏡實(shí)際是一個(gè)透鏡組，如圖1121(a)所示。當(dāng)光線通過透鏡單元后，在其反面則形成明暗相間的可見區(qū)和盲區(qū)。每個(gè)透鏡單元只有一個(gè)很小的視場(chǎng)角，視場(chǎng)角內(nèi)為可見區(qū)，之外為盲區(qū)。而相鄰的兩個(gè)單元透鏡的視場(chǎng)既不連續(xù)，更不交疊，卻都相隔一個(gè)盲區(qū)。當(dāng)人體在這一監(jiān)視范圍中運(yùn)動(dòng)時(shí)，順次地進(jìn)入某一單元透鏡的視場(chǎng)，又走出這一視場(chǎng)，熱釋電傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)的人體一會(huì)兒看到，一會(huì)又看不到，再過一會(huì)兒又看到，然后又看不到，于是人體的紅外線輻射不斷改變熱釋電體的溫度，使它輸出一個(gè)又一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)。輸出信號(hào)的頻率大約為0.110Hz，這一頻率范圍由菲涅爾透鏡、人體運(yùn)動(dòng)速度和熱釋電人體紅外

6、傳感器本身的特性決定,菲涅爾透鏡不僅是形成可見區(qū)和盲區(qū)，還有聚焦作用。其焦距一般為5Cm左右，應(yīng)用時(shí)視不同傳感器所配用的透鏡也不同，一般把透鏡固定在傳感器正前方1-5cm處。菲涅爾透鏡形成圓弧狀，透鏡的焦距正好對(duì)準(zhǔn)傳感器敏感元的中心，見圖11.21(b)所示。 目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上常見的熱釋電紅外傳感器有上海尼賽拉公司的SD02、PH5324和德國(guó)海曼LHi954、LHi958以及日本的產(chǎn)品等，其中SD02適合防盜報(bào)警電路,2、熱釋電人體紅外傳感器的應(yīng)用 在熱釋電人體紅外傳感器的應(yīng)用中，其前級(jí)配用菲涅爾透鏡，其后級(jí)采用帶通放大器，放大器的中心頻率一般取1Hz左右。放大器帶寬對(duì)靈敏度與可靠性的影響大。帶寬窄，噪聲小，誤測(cè)率低；帶寬寬，噪聲大，誤測(cè)率高；但對(duì)快、慢速移動(dòng)響應(yīng)好。