熱釋電紅外傳感器原理教程 黃琛整理

1、熱釋電紅外裝置(zhungzh)多處資料來自網(wǎng)絡(luò)整合處理：粵東(yu dn)高級技工學(xué)校 黃琛共七十三頁熱釋電紅外傳感(一)熱釋電紅外傳感的應(yīng)用(yngyng)(二)熱釋電紅外傳感器的工作(gngzu)原理(三)熱釋電紅外傳感器應(yīng)用設(shè)計共七十三頁紅外傳感器在生活中的應(yīng)用(yngyng)共七十三頁紅外傳感器在生活中的應(yīng)用(yngyng) 1.“有電，危險”安全警示電路 用于有電的場合(chng h)，當(dāng)有人進(jìn)入這些場合(chng h)時，通過發(fā)出語音和聲光提醒人們注意安全。2.自動門 主要用于銀行、賓館。當(dāng)有人來到時，大門自動打開，人離開后又自動關(guān)閉。3.紅外線防盜報警器 用于銀行、辦公樓、家庭

2、等場合的防盜報警。4.高速公路車輛車流計數(shù)器 5.自動開、關(guān)的照明燈，人體接近自動開關(guān)等。共七十三頁熱釋電紅外傳感器的工作(gngzu)原理1.光譜基礎(chǔ)2.人體輻射(fsh)3.熱釋電核心探頭 (二)共七十三頁紅外傳感器的工作原理(yunl) 光譜基礎(chǔ)紅外線屬于一種電磁射線，其特性等同于無線電或X射線。人眼可見的光 波是380nm-780nm，發(fā)射波長(bchng)為780nm-1mm的長射線稱為紅外線共七十三頁紅外傳感器的工作(gngzu)原理 人體輻射任何發(fā)熱體都會產(chǎn)生紅外線輻射的紅外線波長跟物體(wt)溫度有關(guān)。表面溫度越高 ,輻射能量越強(qiáng)。最強(qiáng)波長和溫度的關(guān)系滿足m*T=2989（um

3、.k）人體的正常體溫為3637.5。C ， 其輻射的最強(qiáng)的紅外線的波長為9.679.64um，中心波長為 9.65um。共七十三頁共七十三頁共七十三頁共七十三頁共七十三頁共七十三頁共七十三頁共七十三頁其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞(qin n)陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成， 其極化產(chǎn)生正、負(fù)電荷,隨溫度的變化而變化。紅外傳感器的工作原理(yunl) 熱釋電核心探頭 熱電元熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成。共七十三頁共七十三頁共七十三頁紅外傳感器的工作原理(yunl) 熱釋電核心探頭端接電源正極，端接電源負(fù)極(fj)， 端為信號輸出

4、熱電元共七十三頁紅外傳感器的工作(gngzu)原理 熱釋電紅外探頭 熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。 由于熱電元輸出的是電荷(dinh)信號，并不能直接使用,因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式,該電阻阻抗高達(dá)104，故引入的溝道結(jié)型場效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式即源極跟隨器來完成阻抗變換。 共七十三頁濾光窗 -由一塊薄玻璃片鍍上多層濾光層薄膜而成的，能有效地濾除7.014um波長以外的紅外線。人體正常(zhngchng)體溫時，輻射的最強(qiáng)的紅外線的中心波長為9.65um,正好落在濾光窗的響應(yīng)波長（714um）中心。傳感器只對移動或運(yùn)動的人體、體溫(twn)近似人體的物體起作用

5、。 故濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線通過，而最大限度地阻止陽光、燈光等可見光中的紅外線的通過，以免引起干擾。紅外傳感器的工作原理 熱釋電紅外探頭共七十三頁（1）人體經(jīng)過探頭先后被A源或被B源感應(yīng)，SaSb產(chǎn)生差值，雙源失去互補(bǔ)(h b)平衡作用而很敏感地產(chǎn)生信號輸出，見圖（3C）。（2）人對著探頭呈垂直狀態(tài)運(yùn)動，Sa=Sb不產(chǎn)生差值，雙源很難產(chǎn)生信號輸出。紅外傳感器的工作(gngzu)原理共七十三頁徑向移動反應(yīng)最不敏感, 而對于橫切方向 (即與半徑垂直的方向)移動則最為敏感. 在現(xiàn)場選擇(xunz)合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環(huán)。共七十三頁聚光系統(tǒng)(xtn

6、g)菲涅爾鏡片共七十三頁菲涅爾鏡片的原理(yunl)和應(yīng)用 共七十三頁各式各樣(g sh g yng)的菲涅爾鏡片共七十三頁共七十三頁共七十三頁共七十三頁共七十三頁共七十三頁共七十三頁共七十三頁菲涅爾鏡片是紅外線探頭的“眼鏡”，它就象人的眼鏡一樣，配用得當(dāng)與否直接影響到使用的功效，配用不當(dāng)產(chǎn)生誤動作(dngzu)和漏動作(dngzu)，致使用戶或者開發(fā)者對其失去信心。配用得當(dāng)充分發(fā)揮人體感應(yīng)的作用，使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。共七十三頁菲涅爾透鏡的作用有兩個： 一是聚焦作用，即將探測空間的紅外線有效地集中到傳感器上。 不使用菲涅爾透鏡時傳感器的探測半徑不足2米，只有配合菲涅爾透鏡使用才能(cinng

7、)發(fā)揮最大作用。配上菲涅爾透鏡時傳感器的探測半徑可達(dá)到10米。 聚集(jj)能量菲涅爾鏡片的原理和應(yīng)用共七十三頁第二個作用是將探測區(qū)域內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測區(qū)域的移動(ydng)物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化的熱釋紅外信號。 共七十三頁下圖是常用三區(qū)多段鏡片區(qū)段劃分(hu fn)、垂直和平面感應(yīng)圖。菲涅爾鏡片(jngpin)的原理和應(yīng)用共七十三頁當(dāng)人進(jìn)入感應(yīng)范圍，人體釋放的紅外光透過鏡片被聚集在遠(yuǎn)距離A區(qū)或中距離B區(qū)或近距離C區(qū)的某個(mu )段的同心環(huán)上，同心環(huán)與紅外線探頭有一個適當(dāng)?shù)慕咕?，紅外光正好被探頭接收，探頭將光信號變成電信號送入電子電路驅(qū)動負(fù)載工作。整個接收人

8、體紅外光的方式也被稱為被動式紅外活動目標(biāo)探測器。共七十三頁在該探測技術(shù)中，所謂“被動”是指探測器本身不發(fā)出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量變化(binhu)來完成探測目的。被動紅外報警器特點(diǎn)：能夠響應(yīng)入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動時所引起的紅外輻射變化，并能使監(jiān)控報警器產(chǎn)生報警信號，從而完成報警功能。重要(zhngyo)概念共七十三頁共七十三頁共七十三頁共七十三頁共七十三頁共七十三頁共七十三頁共七十三頁練習(xí)作業(yè)：1、請用自己的語言簡單的敘述一下你認(rèn)為熱釋電紅外系統(tǒng)可以應(yīng)用在哪些地方。（請勿和課本中重復(fù)，并至少舉出3個例子）2、請分析一下以下的幾個位置安裝的熱釋電監(jiān)控裝置探測效果好不好并說明

9、為什么。A、動物園的蛇展覽館，監(jiān)控蛇是否(sh fu)逃走。B、東莞某桑拿中心，監(jiān)控顧客是否長時間未離開桑拿房（防止暈死）。C、學(xué)校計算機(jī)房防盜檢測。D、槍械射擊場靶區(qū)，人員遠(yuǎn)離監(jiān)控。共七十三頁熱釋電紅外傳感器電路應(yīng)用(yngyng)設(shè)計1.熱釋電應(yīng)用電路原理圖2.典型(dinxng)電路設(shè)計分析(一)3.典型電路設(shè)計分析(二)共七十三頁熱釋電紅外傳感器工作(gngzu)電路原理圖常用放大(fngd)電路有哪些?共七十三頁典型(dinxng)電路設(shè)計分析(一)共七十三頁具體電路應(yīng)用(yngyng)設(shè)計分析(一)電路工作原理探頭接收到人體釋放的熱釋紅外信號,經(jīng)VT1、IC2兩級放大,輸入電壓比較

10、器IC3。其中RP為參考電壓調(diào)節(jié)電位器，用來調(diào)節(jié)電路靈敏度，也就是探測范圍(fnwi)。平時，參考電壓（IC3的（2）腳電壓）高于IC2的輸入電壓（IC3的（3）腳電壓），IC3輸出低電平。 共七十三頁 當(dāng)有人進(jìn)入探測范圍時，探頭輸出探測電壓(diny)，經(jīng)VT1和IC2放大后使信號輸出電壓高于參考電壓，這時 IC3的（6）腳輸出高電平，三極管VT2導(dǎo)通，繼電器J1能通電吸合，接通開關(guān)。共七十三頁具體電路應(yīng)用(yngyng)設(shè)計分析(一) 電路(dinl)中VT3、C7、R8、R10組成開機(jī)延時電路。當(dāng)開機(jī)時，開機(jī)人的感應(yīng)會使IC3輸出高電平，造成誤觸發(fā)。 開機(jī)延時電路在開機(jī)的瞬間，由電容C7

11、 的充電作用而使VT3導(dǎo)通，這樣就使IC3輸出的高電平經(jīng)VT3通地，VT2可以保持截狀態(tài)，防止了開機(jī)誤觸發(fā)。開機(jī)延時時間由C7與R8的時間常數(shù)決定，本例約20秒。共七十三頁典型(dinxng)電路設(shè)計分析(一)共七十三頁元件(yunjin)選用 IC2、IC3選用高輸入阻抗的運(yùn)算放大器CA3140，很適合于作微弱信號的放大級。電路調(diào)試 電路調(diào)試主要是調(diào)節(jié)電位器RB，選擇合適的參考電壓，以達(dá)到最佳靈敏度。 共七十三頁具體電路應(yīng)用設(shè)計(shj)分析(二)BISS0001BISS0001 典型(dinxng)應(yīng)用（95頁） 共七十三頁具體(jt)電路應(yīng)用設(shè)計分析(二)紅外熱釋電處理(chl)芯片BI

12、SS0001 （94頁） 共七十三頁上圖中，運(yùn)算放大器OP1將熱釋電紅外傳感器的輸出信號作第一級放大，然后由C3耦合給運(yùn)算放大器OP2進(jìn)行第二級放大，再經(jīng)由電壓比較器COP1和COP2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效(yuxio)觸發(fā)信號Vs去啟動延遲時間定時器，輸出信號Vo經(jīng)晶體管T1放大驅(qū)動繼電器去接通負(fù)載。 共七十三頁課本(kbn)110頁圖 熱釋電自動節(jié)能燈共七十三頁熱釋電控制自動節(jié)能燈工作原理分析：熱釋電傳感器輸出的探測(tnc)信號十分微弱，要使這種信號控制一個電路，必須要將其放大6070dB ，而且使用的放大器必須要限制在一定的帶寬內(nèi)，以防止噪聲對它的干擾。熱釋電控制自動節(jié)能燈電

13、路中的信號放大器由兩部分組成，第一部分是由lCla 、lClb 組成的兩級低頻帶通高增益放大器，第二部分是由lClc 和lCld 組成的雙限電壓比較器。 NE555 與Rll 、C7 組成一個脈沖啟動的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，一方面用來觸發(fā)雙向晶閘管VS，另一方面組成單穩(wěn)態(tài)延時電路，使電燈在人離開時延時一段時間后自動關(guān)閉。 共七十三頁共七十三頁課本(kbn)113頁圖 嬰兒睡眠狀態(tài)監(jiān)控器共七十三頁共七十三頁共七十三頁本例介紹的嬰兒睡眠狀態(tài)監(jiān)視器是根據(jù)熱釋電紅外傳感器對移動的人體具有探測作用，能夠使傳感器輸出探測信號，而對靜止的人體則無輸出信號的特點(diǎn)制作而成。嬰兒睡眠狀態(tài)良好時，身體安靜，傳感器無輸出信

14、號；當(dāng)睡眠狀態(tài)不良時，必然會出現(xiàn)身體、手腳不停地活動的現(xiàn)象。這樣傳感器便會有探測信號輸出。 工作原理 嬰兒睡眠狀態(tài)監(jiān)視器電路采用RDP -18作睡眠狀態(tài)監(jiān)測器，用監(jiān)測器輸出的信號去觸發(fā)音樂發(fā)聲電路，使其發(fā)出音樂信號，再通過調(diào)頻無線電發(fā)射電路將音樂信號發(fā)射出去，使正在忙家務(wù)的父母在遠(yuǎn)離嬰兒的地方來監(jiān)視其睡眠狀況。 該監(jiān)視器電路由熱釋電紅外探測模塊控制(kngzh)的電源開關(guān)、模擬音樂聲發(fā)生和調(diào)頻無線電發(fā)射等部分電路組成，如圖所示。 共七十三頁圖中，熱釋電紅外探測模塊RDP-18和三極管開關(guān)電路組成的電源開關(guān)電路，控制著模擬音樂聲發(fā)生電路KD9300和調(diào)頻無線電發(fā)射電路的工作電源。當(dāng)嬰兒睡眠(sh

15、umin)良好時，電源開關(guān)電路不導(dǎo)通；當(dāng)嬰兒睡眠(shumin)不良，身體或手腳發(fā)生移動時，RDP - 18輸出探測信號低電平，VTl導(dǎo)通，接通電源開關(guān)，使音樂電路和無線電發(fā)射電路開始工作。 模擬音樂聲發(fā)生電路由KD9300組成，其內(nèi)部存儲有一首世界名曲，觸發(fā)一次發(fā)聲一次。它所發(fā)出的音樂信號由4腳輸出，經(jīng)C2藕合至調(diào)頻無線電發(fā)射電路VT2的基極，對載頻信號進(jìn)行調(diào)頻后向外發(fā)射。 共七十三頁KD9300的工作電壓為3V. 調(diào)頻無線電發(fā)射電路由V12、L、C3、C6及R2、R3等組成調(diào)頻無線電發(fā)射電路，其發(fā)射頻率在調(diào)頻接收頻率范圍（88-108MHz）內(nèi)。 在接收端，可將一個袖珍式調(diào)頻收音機(jī)裝在口袋

16、中，這樣既不影響手中的工作，又可隨時監(jiān)聽嬰兒的睡眠狀態(tài)，十分方便。 元器件選擇 IC1宜選用浙江金華市江南無線電廠生產(chǎn)的新型熱釋電紅外傳感模塊RDP-18，該模女對外有6根彩色引線，各引出線的功能為：紅色線為電源正端，使用電源電壓范圍為6-9V;黃色線為外接延遲電容端，當(dāng)黃色線懸空時，模塊被觸發(fā)輸出脈沖寬度為電路內(nèi)定的30s，如在黃線與綠線之間并接電容器可以加大輸出脈沖寬度，即使輸出延遲時間增加；綠色線為外接延遲電阻端，當(dāng)黃、綠線間加接延遲電容時，需在綠色線與地之間加接延遲電阻，則輸出脈沖寬度由外接延遲電容與延遲電阻值共同決定，如果短接模塊的黃、綠線，則一旦模塊被觸發(fā)，輸出端一直有輸出，直到切

17、斷電源為止；白色線為指示輸出端，可以直接驅(qū)動發(fā)光二極管；藍(lán)色線為輸出端，因模塊內(nèi)部為集電極開路輸出，故為下拉式灌電流輸出，可以直接驅(qū)動小型繼電器動作；黑色線為地端，接電源負(fù)極。 IC2選用內(nèi)部存儲有一首世界名曲的音樂集成電路KD9300 0 VT1選用9012或3CG12型硅PNP中功率三極管，要求電流放大系數(shù)100；VT2選用9018或3 DG142型等超高頻、低噪聲小功率硅NPN三極管，要求電流放大系數(shù)80,介）800MHz。VD選用一般(ybn)紅色發(fā)光二極管。 C1、C2選用CTI低頻瓷介電容器；C3一C7選用CT1高頻瓷介電容器。 L用0.8mm的漆包線在5mm的芯棒上繞4匝，在距上

18、端1匝處抽頭。 SA用小型單刀單擲開關(guān)，G用4節(jié)5號干電池串聯(lián)（配塑料電池架）而成，電壓6V. 制作與調(diào)試 將所有電子元器件安裝在一塊自制的印制電路板上，并將其裝人大小合適的塑料或木制盒內(nèi)，在盒面上開孔固定好電源開關(guān)SA和發(fā)光二極管。接線無誤后，接通電源，改變L匝間距離或C3的容量，可使該監(jiān)視器發(fā)射的中心頻率正好落在88一108MHz的調(diào)頻收音機(jī)接收頻段內(nèi)。注意：發(fā)射頻率還要避開當(dāng)?shù)卣{(diào)頻廣播的中心頻率，以免相互之間發(fā)生干擾。 以上為具體(jt)的一些聯(lián)接參數(shù)資料共七十三頁共七十三頁課本(kbn)112頁圖 文物防盜報警器共七十三頁共七十三頁共七十三頁練習(xí)作業(yè)：圖中系統(tǒng)有以下部分：A、熱釋電探測部分B、信號放大部分C、555定時部分D、TWH高速開關(guān)部分E、無線電信號發(fā)射(fsh)部分F、低頻振蕩部分G、音頻振蕩部分請分析圈示位置對應(yīng)部分并畫出框圖共七十三頁框圖(kungt)示例共七十三頁內(nèi)容摘要熱釋電紅外裝置。人眼可見的