热释电红外传感器解析课件.ppt

1、热释电红外传感器热释电红外传感器红外传感器(一)热释电红外传感器在生活中的应用(二二)热释电红外传感器的工作原热释电红外传感器的工作原理理(三三)热释电红外传感器应用设计热释电红外传感器应用设计红外传感器在生活中的应用红外传感器在生活中的应用 1.“有电有电，危险，危险”安全安全警示警示电路电路用于有用于有电的场合，当有人进入这些场合时，通电的场合，当有人进入这些场合时，通过发出语音和声光提醒人们注意安全。过发出语音和声光提醒人们注意安全。2.自动门自动门主要用于银行、宾馆。当有主要用于银行、宾馆。当有人来到时，大门自动打开，人离开后又人来到时，大门自动打开，人离开后又自动关闭。自动关闭。3.

2、红外线红外线防盗报警器防盗报警器用于银行、用于银行、办公楼、家庭等场合的防盗报警。办公楼、家庭等场合的防盗报警。4.高速公路车辆高速公路车辆车流计数器车流计数器5.自动开、关自动开、关的照明灯，人体的照明灯，人体接近自动开关等。接近自动开关等。1.光谱基础光谱基础2.人体辐射人体辐射3.热释电核心探头热释电核心探头(二)红外传感器的工作原理光谱基础红外线属于一种红外线属于一种电磁射线电磁射线，其特性等，其特性等同于无线电或同于无线电或X射线。人眼可见的光射线。人眼可见的光波是波是380nm-780nm，发射波长为，发射波长为780nm-1mm的长射线称为红外线的长射线称为红外线对红外线的处理方

3、式对红外线的处理方式:一一.定量处理定量处理 如利用气体的如利用气体的特征吸收波长特征吸收波长及积及积分特性进入某一波长的定量测量分特性进入某一波长的定量测量二二.定性处理定性处理解决有无的问题解决有无的问题红外传感器的工作原理人体辐射 任何发热体都会产生红外线任何发热体都会产生红外线辐射的红外线波长跟物体温度有关。表面温度越高辐射的红外线波长跟物体温度有关。表面温度越高,辐射能辐射能量越强。量越强。最强波长和温度的关系满足最强波长和温度的关系满足m*T=2989（um.k）人体的正常体温为人体的正常体温为3637.5。C，其辐射的最强的红外线其辐射的最强的红外线的波长为的波长为9.679.6

4、4um，中心波长为，中心波长为9.65um。其内部的热电元由高热电其内部的热电元由高热电系数的铁系数的铁钛酸铅汞陶瓷以钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，配合滤光镜片窗口组成，其极化产生正、负电荷其极化产生正、负电荷,随随温度的变化而变化。温度的变化而变化。红外传感器的工作原理热释电核心探头 热电元热释电红外传感器由热释电红外传感器由传感探传感探测元、干涉滤光片和场效测元、干涉滤光片和场效应管匹配器应管匹配器三部分组成。三部分组成。红外传感器的工作原理红外传感器的工作原理热释电核心探头热释电核心探头端接电源端接电源正极，正极，端接电源端接电源负极，负

5、极，端为信号端为信号输出输出 热电元热电元红外传感器的工作原理热释电红外探头 热释电红外传感器在结构上引入热释电红外传感器在结构上引入场效应场效应管管的目的在于完成的目的在于完成阻抗变换阻抗变换。由于热电元输出的是由于热电元输出的是电荷信号电荷信号，并不能，并不能直接使用直接使用,因而需要用电阻将其转换为因而需要用电阻将其转换为电压电压形式形式,该电阻阻抗高达该电阻阻抗高达104，故引入的，故引入的沟道结型场效应管应接成沟道结型场效应管应接成共漏形式共漏形式即源即源极跟随器来完成阻抗变换。极跟随器来完成阻抗变换。滤光窗滤光窗-由一块薄玻璃片镀上多层滤光层薄膜而成由一块薄玻璃片镀上多层滤光层薄膜

6、而成的，能有效地滤除的，能有效地滤除7.014um波长以外的红外线。波长以外的红外线。人体正常体温时，辐射的最强的红外线的中心人体正常体温时，辐射的最强的红外线的中心波长为波长为9.65um,正好落在滤光窗的响应波长（正好落在滤光窗的响应波长（714um）中）中心。心。传感器只对传感器只对移动或运动的人体、体温近似人移动或运动的人体、体温近似人体的物体体的物体起作用。起作用。故滤光窗能有效地让人体辐射的红外线故滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而最大限度地阻止阳光、灯光等可见通过，而最大限度地阻止阳光、灯光等可见光中的红外线的通过，以免引起干扰。光中的红外线的通过，以免引起干扰。红外传感器

7、的工作原理红外传感器的工作原理热释电红外探头热释电红外探头（1）人体经过探头先后被人体经过探头先后被A A源或被源或被B B源感应，源感应，SaSbSaSbSaSb产生差值，双源失去互补平衡作用而很敏感产生差值，双源失去互补平衡作用而很敏感地产生信号输出，见图（地产生信号输出，见图（3C3C）。）。（2 2）人）人对着探头呈垂直状态运动对着探头呈垂直状态运动，Sa=SbSa=Sb不产生差值，不产生差值，双源很难产生信号输出。双源很难产生信号输出。红外传感器的工作原理红外传感器的工作原理径向移动反应最不敏感径向移动反应最不敏感,而对于而对于横切方向横切方向(即与半径垂直的方即与半径垂直的方向向)

8、移动则最为敏感移动则最为敏感.在现场选择在现场选择合适的安装位置合适的安装位置是避是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。度极为重要的一环。在该探测技术中，所谓在该探测技术中，所谓“被动被动”是指探测是指探测器器本身不发出本身不发出任何形式的能量，只是靠任何形式的能量，只是靠接收接收自然界能量或能量变化自然界能量或能量变化来完成探测目的。来完成探测目的。被动红外报警器特点：被动红外报警器特点：能够响应入侵者在所防范能够响应入侵者在所防范区域内移动区域内移动时所时所引起的引起的红外辐射变化红外辐射变化，并能使监控报警器，并能使监控报警器产产生报警信号

9、生报警信号，从而完成报警功能。，从而完成报警功能。重要概念1.热释电应用电路原理图热释电应用电路原理图2.典型电路设计分析典型电路设计分析(一一)3.典型电路设计分析典型电路设计分析(二二)4.聚光系统聚光系统-菲涅尔镜片菲涅尔镜片的原理和应用的原理和应用(三)热释电红外传感器工作电路原理图常用放大电路有哪些?典型电路设计分析典型电路设计分析(一一)reture具体电路应用设计分析(一)n电路工作原理电路工作原理探头接收到人体释放的热释红外信号,经VT1、IC2两级放大,输入电压比较器IC3。其中RP为参考电压调节电位器，用来调节电路灵敏度，也就是探测范围。平时，参考电压（IC3的（2）脚电压

10、）高于IC2的输入电压（IC3的（3）脚电压），IC3输出低电平。v 当当有人进入有人进入探测范围时，探头输出探测电探测范围时，探头输出探测电压，经压，经VT1和和IC2放大后使信号输出电压放大后使信号输出电压高高于参考电压于参考电压，这时，这时IC3的（的（6）脚输出）脚输出高电高电平平，三极管，三极管VT2导通导通，继电器，继电器J1能通电吸能通电吸合合，接通开关。，接通开关。具体电路应用设计分析(一)电路中电路中VT3、C7、R8、R10组成组成开机延开机延时时电路。当开机时，开机人的感应会使电路。当开机时，开机人的感应会使IC3输出高电平，造成误触发。输出高电平，造成误触发。开机延时电

11、路在开机的瞬间，由电容开机延时电路在开机的瞬间，由电容C7的充电的充电作用而使作用而使VT3导通导通，这样就使，这样就使IC3输出输出的高电平的高电平经经VT3通地通地，VT2可以可以保持截保持截状态，状态，防止了开机误触发。开机延时时间由防止了开机误触发。开机延时时间由C7与与R8的时间常数决定，约的时间常数决定，约20秒。秒。元件选用 IC2、IC3选用选用高输入阻抗高输入阻抗的运算放大的运算放大器器CA3140，很适合于作，很适合于作微弱信号的放大微弱信号的放大级级。电路调试 电路调试主要是电路调试主要是调节电位器调节电位器RB，选择合，选择合适的参考电压，以达到最佳灵敏度。适的参考电压

12、，以达到最佳灵敏度。具体电路应用设计分析具体电路应用设计分析(二二)BISS0001具体电路应用设计分析具体电路应用设计分析(二二)红外热释电处理芯片红外热释电处理芯片BISS0001上图中，上图中，运算放大器运算放大器OP1将热释电将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由然后由C3耦合给运算放大器耦合给运算放大器OP2进行第进行第二级放大，再经由二级放大，再经由电压比较器电压比较器COP1和和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器，去启动延迟时间定时器，输出信号输出信号Vo经晶

13、体管经晶体管T1放大驱动放大驱动继电器继电器去接通负载。去接通负载。聚光系统菲涅尔镜片菲涅尔镜片的原理和应用菲涅尔镜片的原理和应用 各式各样的菲涅尔镜片各式各样的菲涅尔镜片 菲涅尔镜片是菲涅尔镜片是红外线探头的红外线探头的“眼镜眼镜”，它就象人的眼镜一样，它就象人的眼镜一样，配用得当与否直接影响到使用的功配用得当与否直接影响到使用的功效，配用不当产生误动作和漏动作，效，配用不当产生误动作和漏动作，致使用户或者开发者对其失去信心。致使用户或者开发者对其失去信心。配用得当充分发挥人体感应的作用，配用得当充分发挥人体感应的作用，使其应用领域不断扩大。使其应用领域不断扩大。菲涅尔透镜的作用菲涅尔透镜的

14、作用有两个：有两个：一是一是聚焦作用聚焦作用，即将探测空间的红外，即将探测空间的红外线有效地集中到传感器上。线有效地集中到传感器上。不使用菲涅尔透镜时传感器的探测半不使用菲涅尔透镜时传感器的探测半径径不足不足2米米，只有配合菲涅尔透镜使用才，只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。配上菲涅尔透镜时传感能发挥最大作用。配上菲涅尔透镜时传感器的探测半径器的探测半径可达到可达到10米米。聚集能量菲涅尔镜片的原理和应用菲涅尔镜片的原理和应用第二个作用是将探测区域内分为若第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以域的移动物体能以温度变化温度变化

15、的形的形式在式在PIR上产生变化的热释红外信上产生变化的热释红外信号。号。下图是常用三区多段镜片区段划分、垂直和平下图是常用三区多段镜片区段划分、垂直和平面感应图。面感应图。菲涅尔镜片的原理和应用菲涅尔镜片的原理和应用 当人进入感应范围，人体释放的红当人进入感应范围，人体释放的红外光外光透过镜片透过镜片被聚集在远距离被聚集在远距离A区区或中距或中距离离B区区或近距离或近距离C区区的某个段的同心环上，的某个段的同心环上，同心环与红外线探头有一个适当的焦距，同心环与红外线探头有一个适当的焦距，红外光红外光正好被探头接收正好被探头接收，探头将光信号变，探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。整成电信号送入电子电路驱动负载工作。整个接收人体红外光的方式也被称为个接收人体红外光的方式也被称为被动式被动式红外活动目标探测器。红外活动目标探测器。