基于传感器原理的人体移动监测／检测技术现状

基于传感器原理的人体移动监测／检测技术现状
摘要针对人体移动监测/检测技术，分析了基于传感器原理的各种常用和非常用方法的特点，说明了目前基于人体红外移动检测技术的优势和有待于改进的地方，并做出了前景分析。

关键词人体传感器技术；移动检测；现状分析
许多场合需要对人体移动、靠近做出监测报警。

利用传感器来获知人体移动变化的信息，进行智能判断分析，可实现人体移动检测报警功能。

目前基于传感器原理实现人体移动信息获取的方法主要包括：热能检测、脚步移动检测、位置变化检测等。

热能检测可以选用红外人体传感器；脚步移动可以选用振动传感器；位置变化检测可以选用超声传感器。

对于传感器的选择可根据应用环境、成本预算、检测精度等来选择，本文就从几种传感器的原理，技术难点，研究现状，技术展望进行分析。

1红外人体传感技术
测量原理：
基于人体红外传感的报警系统，利用热释电传感器作为探测单元，采取人体特征波长10um附近的红外线，并利用特殊光学镜片，判断出由于人体移动，造成的红外线能量的变化，这种能量变化的起因是由于人体红外能量在一定时间之内发生了改变，而是它改变的方法是通过光学镜片划分不同的感应区，当人从一个感应区走到另一个感应区时，红外线会传输到不同的传感器单元。

如图1所示，探测器包含5个感应区，当人进入一个感应区，或者离开一个感应区，或者从一个感应区进入另一个感应区都将被检测。

图1的感应区用数字1，2，3，4，5标出，当人从非感应区进入1，或者从感应区5离开至非感应区，都将被检测；而当人从1进入2，从2进入3，从3进入4，从4进入5，也将被检测；在此过程中，检测距离延探测器中心点为最远，即2进3，3进4最远横向距离可达30米，1进2，4进5横向距离不足30米。

技术难点：
1）人体的红外线因个体差异多少，使得信号采集时有很大不一样，即，不同的人，虽然释放红外线波长相同，但能量强度差别较大，给检测带来困难；
2）无法实现远距离纵向检测，这是因为，红外方法基于光学镜片透射，当镜片划分不同区域，人体辐射红外线在不同区域出现，可以被检测，因此主要是检测横向移动，即以探测器为中心的圆周运动时，此方法最为灵敏。

而纵向移动检测距离只能通过扩大镜片面积来实现，然而，探测器尺寸不能随意变大，因此，扩大镜面用来实现纵向移动远距离检测是受限制的。

研究现状：
目前红外人体检测主要应用于室内，因为此种方法干扰因素较多，室外难以很好应用。

而检测距离主要在10m以内，以5m～8m为主流。

我所研制的远距离红外测量系统，横向距离可以实现30m，纵向距离可以实现10m左右（温度低于22℃），每个探测器可以有强探测点一个，次强探测点4个。

另外可以实现40m距离的横向移动检测，但此种探测器只有一个探测点，并无其它探测点。

技术展望：
经过前期初步的设计和理论分析，以目前的条件（主要是元器件的限制），通过后续的实验，预计再经过一年的研发，红外人体传感方法可以实现：1）单
个探测器五个探测点，强探测点检测距离达到40m，纵向检测实现20m～25m的距离；2）单个探测器七个探测点，强探测点横向检测距离20m，纵向检测实现10m～15m的距离。

振动检测方法：
振动检测是利用振动传感器来实现人、车辆等由于移动产生的振动声波。

此种传感器从原理来看又分为：电涡流式，电容式，电感式，电阻式，压电式几种。

检测原理：
传感器会接收各种原因所产生的振动信息，并转变为模拟电信号，此信号再经适当的信号处理进行分析，转换为可以报警控制的电信号，当引起的振动信号超过一定强度，进行报警。

技术难点：
人体移动脚步属于微弱信号，采集这样的信号需要很高灵敏度的振动传感器，而目前市场所售的传感器无法满足这种灵敏度的需求，能够应用在人脚步振动检测的探测器属于高端军事用途，这种传感器检测距离远，但需要埋在地下，利用线缆连接，面积达到了几十个平方米，且探测器不易购买，成本高，不适合民用。

研究现状：
通常民用振动传感器检测距离3m～5m，使用时须大力产生振动传感器才有响应，对轻微振动无响应，例如，把传感器贴在墙体，当有人用重物用力敲击墙体时才能探测到信号。

展望：
利用振动传感作为手段进行人体靠近报警研究，较难实现10～15的距离检测，主要是成本太高，难以实现，如果把军事用振动传感器技术开放，成本将会大大降低，测量距离也将可以实现50m～100m。

2超声检测方法
检测原理：
超声波主要用于距离的测量，定期发送超声波，遭遇障碍物时发生反射，发射波经由接收器接收并转化为电信号，这样测距技术只要测出发送和接收的时间差，然后按照下式计算，即可求出距离。

S=CDt/2 （1）
其中S为测量的距离，C是声波传播的速度，Dt是来回所需时间。

超声测人体移动主要是通过声波发射之后，被人所反射得到的距离，当人体移动时，检测出的距离会变化，并以此作为依据，判断为有人移动。

技术难点：
人体移动超声测量是基于超声测距原理，而超声波对人体检测最大的困难在于人穿着的衣服对超声波有吸收作用，因此无法实现远距离准确人体超声测距，测距不能完成，后续的判断也就无从谈起。

另外，超声测距，如果实现20m的测量，需要探测器两个，一个反射一个接收，探测器直径要20cm左右，体积较大，功率较大，且不能准确测量人体。

研究现状：
目前研究主要是用于测量距离，这主要是因为人体（衣服）对超声波有强烈的吸收，致使不能通过超声的定位，来判断人体的存在。

展望：
超声用于人体检测将不会成为主流。

结论：
通过对红外热传感器、振动传感器、超声传感器的分析比较，可以得出红外热传感器最适合应用在人体接近报警系统，技术成熟，成本较低，但由于本身原理的限制，使它对直线靠近的人体不够灵敏，这将是下一步重点解决的问题。

参考文献
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