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1、第 3講 第 3講 存在于自然界的物體，如人體、火焰、冰塊等物都會發(fā)射紅外線，但波長各不相同。人體溫度為3637oC，所發(fā)射的紅外線波長為910m，屬遠紅外區(qū)；400700oC的發(fā)熱體，所放射出的紅外線波長為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，廣泛地用于防盜報警。 第 3講 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)一般都采用差動平衡結(jié)構(gòu)，由敏感元件、場效應(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
2、釋電材料制成很小的薄片，再在薄片兩面鍍上電極，構(gòu)成兩個串聯(lián)的有極性的小電容器。將極性相反的兩個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)生熱釋電信號的干擾，見圖11.20(b)所示。而熱釋電人體紅外傳感器在實際使用時，前面要安裝透鏡，通過透鏡的外來紅外輻射只會聚在一個敏感元上， 以增強接收信號。熱釋電人體紅外傳感器的特點是它只在由于外界的輻射而引起它本身的溫度變化時，才給出一個相應(yīng)的電信號，當(dāng)溫度的變化趨于穩(wěn)定后就再沒有信號輸出，所以說熱釋電信號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運動的人體敏感，應(yīng)用于當(dāng)今探測人體移動報警電路中。 第 3講 第 3講 2)場
3、效應(yīng)管和高阻值電阻Rg 通常敏感元件材料阻值高達。因此，要用場效應(yīng)管進行阻抗變換，場效應(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。通過場效應(yīng)管，傳感器輸出信號就能用普通放大器進行處理。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，能探測各種波長輻射。為了使傳感器對人體最敏感，而對太陽、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。每個物體都發(fā)出紅外輻射，其輻射最強的波長滿足維恩位移定律： mT=2 989(mk) 式
4、中m-最大波長，T絕對溫度。 第 3講 人體溫度為3637，即309310k，其輻射的紅外波長m=2 9893093109.679. 64 m 。可見，人體輻射的紅外線最強的波長正好在濾光片的響應(yīng)波長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人體和近似人體體溫的動物有敏感作用。 第 3講 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，該傳感器的探測半徑可能不足2m，配上菲涅爾透鏡則可達10m，甚至更遠。菲涅爾透鏡是用普遍的聚乙烯制成的，安裝在傳
5、感器的前面。透鏡的水平方向上分成三部分，每一部分在豎直方向上又分成若干不同的區(qū)域，所以菲涅爾透鏡實際是一個透鏡組，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)。每個透鏡單元只有一個很小的視場角，視場角內(nèi)為可見區(qū)，之外為盲區(qū)。而相鄰的兩個單元透鏡的視場既不連續(xù)，更不交疊，卻都相隔一個盲區(qū)。當(dāng)人體在這一監(jiān)視范圍中運動時，順次地進入某一單元透鏡的視場，又走出這一視場，熱釋電傳感器對運動的人體一會兒看到，一會又看不到，再過一會兒又看到，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，使它輸出一個又一個相應(yīng)的信號。輸出信號的 頻率大約為0.110Hz，這一
6、頻率范圍由菲涅爾透鏡、人體運動速度和熱釋電人體紅外傳感器本身的特性決定。 第 3講 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，透鏡的焦距正好對準傳感器敏感元的中心，見圖11.21(b)所示。 目前國內(nèi)市場上常見的熱釋電紅外傳感器有上海尼賽拉公司的SD02、PH5324和德國海曼LHi954、LHi958以及日本的產(chǎn)品等，其中SD02適合防盜報警電路。 第 3講 第 3講 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，其前級配用菲涅爾透鏡，其后級采用帶通放大器，放大器的中心頻率一般取1Hz左右。放大器帶寬對靈敏度與可靠性的影響大。帶寬窄，噪聲小，誤測率低；帶寬寬，噪聲大，誤測率高；但對快、慢速移動響應(yīng)好。放大器信號的輸出可以是電子輸出、繼電器輸出或可控硅輸出等多種方式。圖11.22為一典型的熱釋電被動紅外報警器電原理圖。其中熱釋電人體紅外傳感器用SD02，透鏡采用CE-024型，探測角度是84。 第 3講
熱釋電人體紅外傳感器
