人体热释电红外传感器PIR原理

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pir传感器工作原理

pir传感器工作原理

pir传感器工作原理
PIR(Passive Infrared)传感器是一种常用的人体感应器,用
于检测人体的热辐射。

其工作原理基于红外线辐射,具体工作过程如下:
1. PIR传感器由两个热敏电阻组成,它们被安装在一个微小的
探测单元内。

这两个电阻一般被称为探测元件,它们分别相对应地覆盖了两个透镜。

2. 当有人或动物经过时,他们会产生热辐射,例如人体释放的红外线辐射。

这些热辐射会被PIR传感器的探测元件所感知到。

3. 探测元件接收到热辐射后,会产生温度变化。

其中一个电阻的温度会比另一个电阻快速上升,而且上升的幅度也会不一样。

这两个电阻会输出不同的电压信号。

4. PIR传感器会比较这两个电压信号的差异。

如果差异超过了
传感器的阈值,那么传感器会触发一个电信号,用来指示有人或动物经过。

需要注意的是,PIR传感器只能检测到温度变化,而不能区分
不同的热源。

因此,当有其他的热源也会产生温度变化时,例如空调或加热器,传感器可能会误判。

为了减少误判,PIR传
感器通常会根据目标在视野中的运动模式进行调整,或者根据特定的时间间隔来检测温度变化。

人体热释电红外传感器PIR原理

人体热释电红外传感器PIR原理

人体热释电红外传感器PIR原理人体热释电红外传感器(Passive Infrared Sensor,简称PIR)是一种常用于安防系统和自动控制系统的传感器。

它通过感知人体所释放的红外辐射来检测人的存在。

接下来,我将详细介绍PIR传感器的工作原理。

PIR传感器基于人体的热辐射原理。

人体在运动或者处于不同温度的环境下,会释放出红外辐射,传感器通过检测这种红外辐射来确定人体的存在。

PIR传感器通常由一个镜片、一个红外感应单元和一个信号处理单元组成。

首先,镜片用于收集环境中的红外辐射。

通常,这个镜片是一个分段的圆形或矩形,它可以将环境中的红外辐射聚焦到红外感应单元的元件上。

其次,红外感应单元是PIR传感器的核心部件。

它通常由两个红外感应器构成,每个感应器都包含了一个红外感测元件和一个输电线圈。

一个感应器探测到一个感应元件,而与其相对的感应器探测到另一个感应元件。

当没有人体经过时,两个感应器接收到的红外辐射强度是相等的。

然而,当有人体经过时,红外辐射的分布会发生变化,一个感应器接收到的辐射比另一个感应器接收到的辐射要强。

这是因为人体是一个温度较高的物体,当一个感应器探测到红外辐射时,另一个感应器探测到的辐射会更弱,从而产生一个差异信号。

这个差异信号将被传送到信号处理单元进行分析。

最后,信号处理单元负责接收并处理差异信号。

当差异信号超过一定的阈值时,信号处理单元会触发相应的动作,比如开启报警、开启照明等。

同时,为了提高传感器的灵敏度和减少误报率,信号处理单元也可以采用一些技术,比如时间窗口的技术,只有在特定的时间段内出现差异信号才被触发。

需要注意的是,PIR传感器只能检测到红外辐射的变化,而不能检测到绝对温度或静止物体的存在。

因此,在设置PIR传感器时,应该考虑到人体的运动情况以及环境的温度变化。

总结一下,人体热释电红外传感器PIR是一种通过感知人体所释放的红外辐射来检测人的存在的传感器。

它通过镜片收集环境中的红外辐射,通过红外感应单元检测红外辐射的差异,最后通过信号处理单元进行差异信号的分析和处理。

人体热释电红外传感器PIR原理资料

人体热释电红外传感器PIR原理资料

1. 人体热释电红外传感器PIR原理详解在电子防盗、人体探测器领域中,被动式热释电红外探测器的应用非常广泛,因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。

被动式热释电红外探头的工作原理及特性:人体都有恒定的体温,一般在37度,所以会发出特定波长10μm左右的红外线,被动式红外探头就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。

人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。

红外感应源通常采用热释电元件,这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡,向外释放电荷,后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

(1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。

所以热释电元件对波长为10μm左右的红外辐射必须非常敏感。

(2)为了仅仅对红外辐射敏感,在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅尔滤光片,使环境的干扰受到明显的控制作用。

(3)被动红外探头,其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。

而且制成的两个电极化方向正好相反,环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用,使其产生释电效应相互抵消,于是探测器无信号输出。

(4)一旦人侵入探测区域内,人体红外辐射通过部分镜面聚焦,并被热释电元接收,但是两片热释电元接收到的热量不同,热释电也不同,不能抵消,经信号处理而报警。

(5)菲涅尔滤光片根据性能要求不同,具有不同的焦距(感应距离),从而产生不同的监控视场,视场越多,控制越严密。

被动式热释电红外探头的优缺点:优点:本身不发任何类型的辐射,器件功耗很小,隐蔽性好。

价格低廉。

缺点:◆容易受各种热源、光源干扰◆被动红外穿透力差,人体的红外辐射容易被遮挡,不易被探头接收。

◆易受射频辐射的干扰。

◆环境温度和人体温度接近时,探测和灵敏度明显下降,有时造成短时失灵。

抗干扰性能:1.防小动物干扰探测器安装在推荐地使用高度,对探测范围内地面上地小动物,一般不产生报警。

2.抗电磁干扰探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求,一般手机电磁干扰不会引起误报。

pir人体红外传感器原理

pir人体红外传感器原理

pir人体红外传感器原理人体红外传感器(PIR)是一种利用人体红外辐射原理进行感应的电子设备。

它广泛应用于安防系统、自动照明等领域。

本文将详细介绍PIR人体红外传感器的原理和工作方式。

一、PIR人体红外传感器的原理PIR人体红外传感器的工作原理基于人体红外辐射。

人体发出的红外辐射主要是热能,其波长范围为8-14微米。

PIR传感器通过感知这种红外辐射来检测人体的存在。

PIR传感器内部包含两个重要的组件:红外辐射传感器和信号处理器。

红外辐射传感器由一对相互对射的红外探测器组成,通常是一对焦平面阵列(FPA)。

当有人体进入传感器的监测范围时,人体发出的红外辐射将被红外探测器所感知。

二、PIR人体红外传感器的工作方式PIR传感器工作时,首先要对环境进行校准。

校准过程中,传感器会记录周围环境的红外辐射水平,并将其作为基准。

校准完成后,传感器将根据基准值来判断是否有人体进入。

在校准完成后,传感器会进入检测状态。

当有人体进入传感器的监测范围时,人体发出的红外辐射将引起传感器的变化。

传感器会将这种变化转化为电信号,并送入信号处理器进行分析。

信号处理器会对传感器输出的电信号进行处理,并根据一定的算法来判断人体是否存在。

如果信号处理器判断有人体存在,则会触发相应的应用,如开启安防系统、自动照明等。

三、PIR人体红外传感器的特点1. 高灵敏度:PIR传感器能够感知到人体发出的微弱红外辐射,具有较高的灵敏度。

2. 快速响应:PIR传感器能够在人体进入监测范围后迅速响应,减少延迟时间。

3. 抗干扰能力强:PIR传感器能够通过校准环境的红外辐射水平,减少外界干扰对传感器的影响。

4. 低功耗:PIR传感器工作时功耗较低,适合长时间运行。

5. 可靠性高:PIR传感器采用固态器件,无机械部件,具有较高的可靠性和稳定性。

四、PIR人体红外传感器的应用领域1. 安防系统:PIR传感器广泛应用于安防系统,如入侵报警、监控等。

当有人体进入监测区域时,传感器会触发报警或启动监控摄像头。

pir传感器工作原理讲解

pir传感器工作原理讲解

pir传感器工作原理讲解一、引言PIR传感器(Passive Infrared Sensor),即被动式红外传感器,是一种广泛应用于安防领域的传感器。

它利用人体发出的红外线辐射来检测人体的存在,从而实现自动感应和控制。

本文将详细介绍PIR传感器的工作原理。

二、红外辐射与热能人体作为一个温暖的物体,会发出红外线辐射。

红外线是一种电磁波,波长在0.75至1000微米之间,是可见光的一种延伸。

人眼无法直接感知红外线,但PIR传感器可以接收并处理这种辐射。

三、传感器结构PIR传感器通常由两个探测区域组成,每个探测区域都覆盖一个锥形视野。

传感器的外壳上还有一个镜片,用来聚焦红外辐射。

镜片的材质和形状能够影响传感器的探测距离和角度。

四、红外辐射的感知当有人或其他物体进入传感器的监测范围内时,人体发出的红外辐射会通过镜片聚焦到传感器的探测区域上。

传感器内部的红外感测元件会接收到这些红外辐射。

五、红外感测元件传感器内部的红外感测元件通常采用双热电偶,也叫做焦耳效应传感器。

双热电偶由两个热电偶电极组成,它们被放置在一个特殊的材料中。

当热电偶感受到红外辐射时,两个电极之间会产生微小的电压差。

六、信号放大与处理传感器会将双热电偶产生的微小电压差信号放大,并进行处理。

通过对信号的放大和滤波处理,可以有效地区分人体的红外辐射信号和其他干扰信号。

七、感知区域划分传感器内部的电路会将探测区域划分成多个像素。

每个像素都可以独立感知红外辐射的变化。

通过对不同像素的信号进行比较和分析,可以确定人体的位置和移动方向。

八、灵敏度与延迟设置PIR传感器通常具有灵敏度和延迟时间的设置。

灵敏度调节可以控制传感器对红外辐射的感知范围,高灵敏度可感知较小的红外辐射变化。

延迟时间设置则可以调整传感器在感知到红外辐射后的响应时间。

九、应用领域PIR传感器广泛应用于安防领域,如室内外监控系统、入侵报警系统等。

它还可以用于节能控制领域,如智能照明系统、自动门控制系统等。

RenTiReShiDianHongWaiChuanGanQiYuanLi

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人体热释电红外传感器原理一、人体热释电红外传感器工作原理及特性。

人体热释电红外传感器(PIR SENSOR)是上世纪80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测组件。

它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化,并将其转换成电压信号输出。

将这个电压信号加以放大,便可驱动各种控制电路,如做电源开关控制、防盗报警、自动监测等。

人体热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料,如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测组件。

在每个传感器内装入两个探测组件,并将两个探测组件以反极性串联,以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。

当人体红外线照射到传感器探测组件上后,因热释电效应将向外释放电荷,探测组件将红外辐射转变成微弱的电压信号,经装在传感器内的场效应管放大后向外输出,后续电路经检测处理后就能产生控制信号。

环境背景辐射对传感器内包含的两个反极性串联的热释电元几乎具有相同的作用,使其产生释电效应相互抵消,于是传感器无信号输出。

一旦有人侵入探测区域内,人体红外辐射通过部分镜面聚焦,并被热释探测组件接收,但是两片热释电元接收到的热量不同,热释电也不同,不能抵消,于是输出检测信号。

人体辐射的红外线中心波长为9~10--um,而探测组件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。

在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口,这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um,正好适合于人体红外辐射的探测,而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收,这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。

为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离,一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜,该透镜用透明塑料制成,将透镜的上、下两部分各分成若干等份,制成一种具有特殊光学系统的透镜,它和放大电路相配合,可将信号放大70分贝以上,这样就可以测出10~20米范围内人体的移动。

菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理,在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”,以提高它的探测接收灵敏度。

人体热释电红外传感器PIR原理解析

人体热释电红外传感器PIR原理解析

1. 人体热释电红外传感器PIR原理详解在电子防盗、人体探测器领域中,被动式热释电红外探测器的应用非常广泛,因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。

被动式热释电红外探头的工作原理及特性:人体都有恒定的体温,一般在37度,所以会发出特定波长10μm左右的红外线,被动式红外探头就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。

人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。

红外感应源通常采用热释电元件,这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡,向外释放电荷,后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

(1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。

所以热释电元件对波长为10μm左右的红外辐射必须非常敏感。

(2)为了仅仅对红外辐射敏感,在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅尔滤光片,使环境的干扰受到明显的控制作用。

(3)被动红外探头,其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。

而且制成的两个电极化方向正好相反,环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用,使其产生释电效应相互抵消,于是探测器无信号输出。

(4)一旦人侵入探测区域内,人体红外辐射通过部分镜面聚焦,并被热释电元接收,但是两片热释电元接收到的热量不同,热释电也不同,不能抵消,经信号处理而报警。

(5)菲涅尔滤光片根据性能要求不同,具有不同的焦距(感应距离),从而产生不同的监控视场,视场越多,控制越严密。

被动式热释电红外探头的优缺点:优点:本身不发任何类型的辐射,器件功耗很小,隐蔽性好。

价格低廉。

缺点:◆容易受各种热源、光源干扰◆被动红外穿透力差,人体的红外辐射容易被遮挡,不易被探头接收。

◆易受射频辐射的干扰。

◆环境温度和人体温度接近时,探测和灵敏度明显下降,有时造成短时失灵。

抗干扰性能:1.防小动物干扰探测器安装在推荐地使用高度,对探测范围内地面上地小动物,一般不产生报警。

2.抗电磁干扰探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求,一般手机电磁干扰不会引起误报。

人体热释电红外线传感器的原理和应用

人体热释电红外线传感器的原理和应用

人体热释电红外线传感器的原理和应用热释电人体红外线传感器是上世纪80年代末期出现的一种新型传感器件。

热释电红外传感器不受白天黑夜的影响,可昼夜不停地用于监测,广泛地用于防盗报警。

本文就热释电人体红外线传感器的基本原理及应用作以大致介绍:一、热释电人体红外线传感器的基本结构和原理热释电红外(PIR)传感器,亦称为热红外传感器,是一种能检测人体发射的红外线的新型高灵敏度红外探测元件。

它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化,并将其转换成电压信号输出。

将输出的电压信号加以放大,便可驱动各种控制电路,如作电源开关控制、防盗防火报警等。

目前市场上常见的热释电人体红外线传感器主要有上海赛拉公司的SD02、PH5324,德国Perkinelmer 公司的LHi954、LHi958,美国Hamastsu公司的P2288,日本NipponCeramic公司的SCA02-1、RS02D等。

虽然它们的型号不一样,但其结构、外型和特性参数大致相同,大图1 热释电传感器实物图部分可以彼此互换使用。

热释电红外线传感器由探测元、滤光窗和场效应管阻抗变换器等三大部分组成,如图1所示。

对不同的传感器来说,探测元的制造材料有所不同。

如SD02的敏感单元由锆钛酸铅制成;P2288由LiTaO3 制成。

将这些材料做成很薄的薄片,每一片薄片相对的两面各引出一根电极,在电极两端则形成一个等效的小电容。

因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的,因此形成的等效小电容能自身产生极化,在电容的两端产生极性相反的正、负电荷。

传感器中两个电容是极性相反串联的。

当传感器没有检测到人体辐射出的红外线信号时,在电容两端产生极性相反、电量相等的正、负电荷,所以,正负电荷相互抵消,回路中无电流,传感器无输出。

当人体静止在传感器的检测区域内时,照射到两个电容上的红外线光能能量相等,且达到平衡,极性相反、能图2 双探测元热释电红外传感器量相等的光电流在回路中相互抵消,传感器仍然没有信号输出。

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1. 人体热释电红外传感器PIR原理详解在电子防盗、人体探测器领域中,被动式热释电红外探测器的应用非常广泛,因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。

被动式热释电红外探头的工作原理及特性:人体都有恒定的体温,一般在37度,所以会发出特定波长10μm左右的红外线,被动式红外探头就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。

人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。

红外感应源通常采用热释电元件,这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡,向外释放电荷,后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

(1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。

所以热释电元件对波长为10μm左右的红外辐射必须非常敏感。

(2)为了仅仅对红外辐射敏感,在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅尔滤光片,使环境的干扰受到明显的控制作用。

(3)被动红外探头,其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。

而且制成的两个电极化方向正好相反,环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用,使其产生释电效应相互抵消,于是探测器无信号输出。

(4)一旦人侵入探测区域内,人体红外辐射通过部分镜面聚焦,并被热释电元接收,但是两片热释电元接收到的热量不同,热释电也不同,不能抵消,经信号处理而报警。

(5)菲涅尔滤光片根据性能要求不同,具有不同的焦距(感应距离),从而产生不同的监控视场,视场越多,控制越严密。

被动式热释电红外探头的优缺点:优点:本身不发任何类型的辐射,器件功耗很小,隐蔽性好。

价格低廉。

缺点:◆容易受各种热源、光源干扰◆被动红外穿透力差,人体的红外辐射容易被遮挡,不易被探头接收。

◆易受射频辐射的干扰。

◆环境温度和人体温度接近时,探测和灵敏度明显下降,有时造成短时失灵。

抗干扰性能:1.防小动物干扰探测器安装在推荐地使用高度,对探测范围内地面上地小动物,一般不产生报警。

2.抗电磁干扰探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求,一般手机电磁干扰不会引起误报。

3.抗灯光干扰探测器在正常灵敏度的范围内,受3米外H4卤素灯透过玻璃照射,不产生报警。

红外线热释电传感器的安装要求:红外线热释电人体传感器只能安装在室内,其误报率与安装的位置和方式有极大的关系,正确的安装应满足下列条件:1.红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。

2.红外线热释电传感器远离空调, 冰箱,火炉等空气温度变化敏感的地方。

3.红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。

4.红外线热释电传感器不要直对窗口,否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报,有条件的最好把窗帘拉上。

红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。

红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。

热释电红外传感器对于径向移动反应最不敏感, 而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感. 在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。

2. 菲涅尔透镜2.1 概述菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片,镜片表面一面为光面,另一面刻录了由小到大的同心圆。

菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜,效果较好,但成本比普通的凸透镜低很多。

菲涅尔透镜可按照光学设计或结构进行分类。

菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦作用;二是将探测区域内分为若干个明区和暗区,使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR(被动红外线探测器)上产生变化热释红外信号。

2.2 作用菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理,在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”,以提高它的探测接收灵敏度。

当有人从透镜前走过时,人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”,这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入,从而强其能量幅度。

菲涅尔透镜菲涅尔透镜,简单的说就是在透镜的一侧有等距的齿纹,通过这些齿纹,可以达到对指定光谱范围的光带通(反射或者折射)的作用。

传统的打磨光学器材的带通光学滤镜造价昂贵。

菲涅尔透镜可以极大的降低成本。

典型的例子就是PIR。

PIR广泛的用在警报器上。

如果你拿一个看看,你会发现在每个PIR 上都有个塑料的小帽子。

这就是菲涅尔透镜。

小帽子的内部都刻上了齿纹。

这种菲涅尔透镜可以将入射光的频率峰值限制到10微米左右(人体红外线辐射的峰值)。

菲涅耳透镜可以把透过窄带干涉滤光镜的光聚焦在硅光电二级探测器的光敏面上,菲涅尔透镜不能用任何有机溶液(如酒精等)擦拭,除尘时可先用蒸馏水或普通净水冲洗,再用脱脂棉擦拭。

3. How Infrared motion detector components workInfrared Radiation_____________Infrared radiation exists in the electromagnetic spectrum at a wavelength that is longer than visible light. It cannot be seen but it can be detected. Objects that generate heat also generate infrared radiation and those objects include animals and the human body whose radiation is strongest at a wavelength of 9.4um. Infrared in this range will not pass through many types of material that pass visible light such as ordinary window glass and plastic. However it will pass through, with some attenuation, material that is opaque to visible light such as germanium and silicon. An unprocessed silicon wafer makes a good IR window in a weatherproof enclosure for outdoor use. It also provides additional filtering for light in the visible range. 9.4um infrared will also pass through polyethylene which is usually used to make Fresnel lenses to focus the infarared onto sensor elements.Pyroelectric Sensors_____________The pyroelectric sensor is made of a crystalline material that generates a surface electric charge when exposed to heat in the form of infrared radiation. When the amount of radiation striking the crystal changes, the amount of charge also changes and can then be measured with a sensitive FET device built into the sensor. The sensor elements are sensitive to radiation over a wide range so a filter window is added to the TO5 package to limit detectable radiation to the 8 to 14mm range which is most sensitive to human body radiation.Typically, the FET source terminal pin 2 connects through a pulldown resistor of about 100 K to ground and feeds into a two stage amplifier having signal conditioning circuits. The amplifier is typically bandwidth limited to below 10Hz to reject high frequency noise and is followed by a window comparator that responds to both the positive and negative transitions of the sensor output signal. A well filtered power source of from 3 to 15 volts should be connected to the FET drain terminal pin 1.The PIR325 sensor has two sensing elements connected in a voltage bucking configuration. This arrangement cancels signals caused by vibration, temperaturechanges and sunlight. A body passing in front of the sensor will activate first one and then the other element whereas other sources will affect both elements simultaneously and be cancelled. The radiation source must pass across the sensor in a horizontal direction when sensor pins 1 and 2 are on a horizontal plane so that the elements are sequentially exposed to the IR source. A focusing device is usually used in front of the sensorThe figure below shows the PIR325 electrical specifications and layout in its TO5 package. Note the wide viewing angle without an external lens.This is a typical application circuit that drives a relay. R10 and C6 adjust the amount of time that RY1 remains energized after motion is detected. Download PDF drawing.Fresnel Lens_____________A Fresnel lens (pronounced Frennel) is a Plano Convex lens that has been collapsed on itself to form a flat lens that retains its optical characteristics but is much smaller in thickness and therefore has less absorption losses.Our FL65 Fresnel lens is made of an infrared transmitting material that has an IR transmission range of 8 to 14um which is most sensitive to human body radiation. It is designed to have its grooves facing the IR sensing element so that a smooth surface is presented to the subject side of the lens which is usually the outside of an enclosure that houses the sensor.The lens element is round with a diameter of 1 inch and has a flange that is 1.5 inches square. This flange is used for mounting the lens in a suitable frame or enclosure. Mounting can best and most easily be done with strips of Scotch tape. Silicone rubber canalso be used if it overlaps the edges to form a captive mount.The FL65 has a focal length of 0.65 inches from the lens to the sensing element. It has been determined by experiment to have a field of view of approximately 10 degrees when used with a PIR325 Pyroelectric sensor.This relatively inexpensive and easy to use Pyroelectric Sensor and Fresnel Lens can be used in a variety of science projects, robots and other useful devices.3.1 Focusing devices for pyroelectric infrared sensorsA.1Pyroelectric infrared sensorsA.2First we will look at a pyroelectric infrared sensor and see how it ismade and why a focusing device is necessary. A commonly usedpyroelectric infrared sensor has two sensing elements internallyconnected in a voltage bucking configuration.A pyroelectricsensor has aninfrared filterwindow thatadmits IR withinthe 5 to 15micrometerwavelengthrange. One endof the twoseries-connectedelements in ananalog sensor isconnected to pin3 that is normallygrounded. Theother endconnectsinternally to thegate of a FieldEffect Transistorand to a veryhigh valuepulldownresistor. Power isapplied to FETdrain pin 1 andthe output signalcomes from FETsource pin 2which usuallyconnectsthrough anexternalpulldown resistorto ground and toan amplifier. Adigital sensor notshown here,includes internalprocessingcircuits andoutputs digitalpulses.A.3The sensor is housed in a TO5 type package. Sensing elements areeach 0.039 inch (1mm) wide and are spaced 0.039 inch (1mm) apart.A.4Environmental conditions such as temperature changes and sunlightwill affect both elements simultaneously and will produce the sameamount of output from each element but of opposing polarity and willtherefore be cancelled. The sensor will only produce a change in itsoutput voltage when one of its elements is exposed to a change inradiation and the other is not exposed.An IR emitting body moving across the front of a sensor will expose first one, then both and then the other sensor element. The output signal waveform from an analog sensor shows that for motion in one direction, first a positive, then zero and then a negative transition results. Motion in the other direction will produce first anegative,then zeroand thena positivetransition.A.5When a lens is not used in front of a sensor and an IR emitting body isclose to the sensor, about 3 or 4 feet and it moves across the front ofthe sensor, the radiated IR will expose one element more than theother and a voltage output will result. However, when the IR emittingbody is further away from the sensor its radiation pattern becomesblurred and both elements are exposed more equally, resulting in novoltage output. The limited detection range is due to a lack of unequalexposure. Placing a lens in front of the sensor extends its detectionrange.A.6The Fresnel lensA.7 A Fresnel lens is a Plano Convex lens that has been collapsed on itselfto form a flat lens that retains its optical characteristics but is muchthinner and therefore has less absorption loss.A Fresnellens isusuallythin andflexibleand isabout0.015 inch(0.38mm)thick withgrooves molded into one surface. The groove side of the lens usually faces the PIR sensor.A Fresnel lens both captures more IR radiation and focuses it to a small point. This focal point moves across the sensor as the IR source moves and exposes one element at a time. A Fresnel lens can extenddetectionrange toabout100 feet.A Fresnel lens will give the best possible performance, however other devices can be used to extend range. Although the following devices may not fit the description of a lens, we will call them lenses anyway.ThisdiagramshowsIRexposingbothelementsequallywhen nolens isused.Shadow lensSince simultaneous exposure of both elements is the cause of limited detection range, all we need is some method of preventing the IR from exposing both elements simultaneously as the IR emitting body moves across the front of the sensor, even at greater distances from the sensor. The sensor elements are 0.039 inch (1mm) wide and are spaced 0.039 inch (1mm) apart. If we place a thin vertical strip of IR opaque material about 0.060 inch (1.5mm) wide centered in front of the sensor we can prevent some of the IR from striking the surface of the sensor by producing a shadow, even if the IR emitting body is at a greater distance from the sensor. The following figure shows such a baffle but in this example the IR still exposes both elements equally.Byplacinga baffleor maskin frontof thesensor,we canblocksome ofthe IRandproduceashadowon thesensorThis next figure shows what happens when the IR emitting body moves across the front of the sensor even at greater distances. The baffle allows full exposure of element 1 while blocking the IR so it produces a shadow over element 2 and does not expose it. This simple lens extends detection range up to 20 feet and is easily made from a strip of paper or other material. The baffle can be spaced 1/2 inch (12mm) to 1 inch (25mm) in front of the sensor. The greater spacing gives a narrower detection angle.As the IRsourcemoves,thebaffleblocks itfromexposingone ofthesensorelementswhilefullyexposingtheother.This same idea can be expanded to produce a wide angle lens. Multiple baffle strips can be placed in front of the sensor to alternately block IR from one sensor element at a time even when the IR emitting body is at greater angles to the front of the sensor.Thismultiplebaffleshadowlensprovidesa widedetectionangle.The lensshouldbecurvedso allbafflesare thesamedistancefrom thefront ofthesensor.Pinhole lensAnother simple focusing device that will expose one PIR sensor element at a time can be made using a thin piece of IR opaque material with a hole in it that will function as a pinhole lens similar to the lens of a pinhole camera. The function of a pinhole camera lens is described in /question131.htm . The lens hole in a camera is usually small but can be much larger in a sensor application where image detail is not necessary and only the IR radiation from the animal must be focused onto one sensing element at a time. IR in the 5 ~ 15 micrometer wavelength range will not pass through most materials so you can make a lens of paper, plastic or metal foil. The hole should be about inch (6.4mm) diameter.Lens spacing is not critical but it should be about inch (12mm) to 1 inch (25mm) from the front of the sensor. A detection range of up to 20 feet can be obtained with this type of lens.Although a narrow field of view is usually most desirable for animal photos, a wide field of view can be obtained by placing several holes in the lens material and curving the lens in front of the sensor so all holes are an equal distance from the front of the sensor. Another type of lens can be made by placing a tube about 3/8 inch (10mm) diameter and 2 inch (50mm) long over the front of the sensor. This lens will have a narrow field of view.Infrared windowA pyroelectric sensor is very sensitive to rapid temperature changes. A rapid change in air temperature due to a breeze from an open window or from an air conditioner or heater can cause false triggering. The shadow and pinhole lenses described above do not offer protection against such air movement because they are actually open lenses. For outdoor use you would also need protection against rain.An IR transparent weatherproof shield or window can be made of polyethylene which is transparent to IR radiation in the 5 ~ 15 micrometer wavelength range. Polyethylene can be identified by burning a small piece. It will burn with a mostly blue flame and melt like wax while other plastics that are opaque to IR will burn with a smoky red flame and leave a black ash. The only problem with polyethylene is that it is waxy and most adhesives will not bond to it but you can hold it in place with scotch tape, silicone rubber or hot melt glue.Plastic milk bottles are made of polyethylene, and although it is whitish and not visibly transparent, it is transparent to IR with some small loss in detection range. The polyethylene milk bottle is thin, easily cut with scissors and makes a good IR window. Many food containers and plastic sheeting are also made of polyethylene. A thinner window will have less absorption loss.。

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