热释电红外传感器原理及其应用_孙华

红外线传感器是将红外辐射能转换成电能的一种光敏元件，根据 红外传感器的工作原理，可分为热型和量子型两类。热型红外传感器 也称热释电红外传感器 （ Ｐ Ｉ Ｒ）或被动型红外传感器，热释电红外传 感器是利用红外辐射的热辐射作用引起元件本身的温度变化，其探测 率、响应速度都不如量子型传感器。但由于热释电红外传感器具有远 红外线不受可见光影响，故可不分昼夜连续检测，由于被测对象自身 发射红外线，故可不必另设光源。大气对某些特定波长 （ 如８～１ ４μ ｍ）红外线吸收甚少，故具较易检测到等特点，因此在防盗、报警、安 全、自动控制等方面，热释电红外传感器比其它类型传感器应用更为 广泛。热释电红外传感器的缺点是接收灵敏度较低、响应速度较慢， 故必须配用优良的光学透镜 （ 如抛物镜、菲涅尔透镜等 ），才能达到 较高的接收灵敏度和较快的响应速度。
而学生课外活动场所更是不容乐观，随着学校体育设施进一步向 社会开放，在利益的驱使下，原本有限的活动设施更加减少。社区里 缺乏适合学生活动场所和指导学生活动的社区体育指导员；仅有的健 身器材也是为成年人量身定做的，根本不适合中学生的活动需求；社 会上开放的体育场所十分的有限，能参加活动可能性不是很大，并且 还有价格不菲的活动费用。
（３）学校体育场地设施的影响。随着经济的日益发展，越来越 多的人涌向城市，使得原本拥挤的城市更加拥挤不堪。“袖珍式”的 学校比比皆是，大多数中学体育场地、器材、设施都是场地面积狭 小，不能满足体育的正常教学；场地条件较差，存在安全隐患，影响 学生参加体育活动兴趣；器材设备不足，质量差且陈旧，大多数学校 体育投资不足；设备器材竞技标准化、成人化，影响和制约了学生参 与体育活动的兴趣和积极性。
警。我们还可以在三极管Ｖ２的集电极加装为指示灯选择开关Ｓ，选择
报警方式。
（２）单报警电路。原理如图５所示：单报警电路可用６Ｖ干电池
供电，整机电流小于２Ａ。利用继电器控制报警电路的电源，实现声
控、光控电。
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体育科技
２０１０年第１２期 160
方法。在“体育课的重要性”的调查中有５７．７９％学生认为体育课重 要，这说明他们渴望从体育课堂上获得健身知识、方法、技能，但也 有少数学生认为不重要。在“你会不会因考试或升学压力而停止或放 弃体育活动”的问题中有３２．２８％的学生表示会坚持参加体育活动，有 ５１．２４％的学生表示会缩短活动时间。在“项目设置”的调查中，由 于场地器材、教师配备等方面的原因，中学体育教学的内容不可能完 全满足每个人兴趣的需要，这也打击了部分同学的积极性，我们应该 尽可能排除这些客观因素，力争多开项目，特别是一些趣味性较强的 休闲娱乐项目，以满足学生不断上升的需求。
图２ Ｈｎ９１１模块的外形
图３ ＨＮ９１１模块的内部电路结构
３ 热释电探测模块的应用
下面以热释电红外探测模块ＨＮ９１１为例说明热释电探测模块的应
用。由于ＨＮ９１１内部包括热释电红外传感器、电压放大器、信号处理
电路、温度补偿电路、延时电路和高低电平输出电路，所以在应用时
只需外配所需的电阻等元器件。同时注意需外配菲涅尔透镜，其作用
图３示出了ＨＮ９１１模块的内部电路结构。平时，１端输出低电平， ２端输出高电平。当有移动发热体进入监视范围时，热释电红外传感 器接收到红外能量，并输出检测信号。该信号经放大器放大，由比较 器进行比较判断，再由信号处理电路处理后输出控制信号。此时，输 出端１变为高电平，输出端２变为低电平。在模块的外部，可接增益调 节电位器，以调节放大器的增益。放大器具有温度补偿功能，其主要 作用是当环境温度增高或背景红外辐射能量增加时，可使放大器的增 益随着它们的增高而自动提升，从而保证整个电路工作的稳定性。
（２）热释电红外传感器的工作原理和结构。人体具有约３７℃的 恒定体温，所以会发出波长约１０μｍ左右的红外线，热释电红外传感 器就是靠探测人体发射的１０μｍ左右的红外线进行工作的。热释电红 外传感器是一种具有极化现象的热晶体或称为“铁电体”。其内部的 热电元件由高热电系数的钽酸锂（ＬｉＴａＯ３）、钛酸钡（ＢａＴｉＯ３）、锆钛 酸铅（ＰＺＴ）等材料组成。这种铁电体的极化强度 （单位而积的电荷）随 温度变化而变化。当红外光照射到已经极化的铁电体薄片表面上时， 引起薄片温度升高，使其极化强度降低表面电荷减少，这相当于释放 一部分电荷，所以叫做热释电红外传感器。如果将负载电阻与铁电体 薄片相连，则负载电阻上会产生一个电信号输出。输出信号的大小取 决于薄片温度变化的快慢，从而反映出入射的红外光的强度。由此可 知，热释电红外传感器的电压响应率正比于入射红外光的变化率，当 恒定的红外光照射在热释电红外传感器上时，传感器没有电信号输 出，而只有铁电体处于变化过程中才有电信号输出。所以，必须有交 变的红外光照射，不断引起传感器的温度变化，才能导致热释电产生 并输出交变信号。
有两个：一是将人体辐射的红外线 聚焦到热释电红外元上； 二是产
生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电探测元要求不
断变化的要求，以提高传感器的接收灵敏度，扩大监视范围。
（１）双报警电路。原理如图４所示：＋１２Ｖ电压经三端集成稳压
器７８０５稳压后向ＨＮ９１１第３脚提供 ＋５ Ｖ电压，ＨＮ９１１第４、５脚接增益
调节电位器，第６脚接地，第１、２脚为输出端。平时，１端输出低电
平，２端输出高电平，三极管Ｖ２截止，报警指示灯不工作，Ｖ１导通；
当检测到人体移动信号时，１端输出高电平，２端输出低电平，三极管
Ｖ２导通，报警指示灯工作，Ｖ１截止。我们可以在三极管Ｖ１的集电极
加装继电控制电路，控制电路可以控制语音芯片等，从而实现双报
图１ 热释电传感器结构和等效电路
２ 热释电探测模块
热释电红外探测模块是采用新技术和新工艺一个将高灵敏的热释 电红外传感器、电压放大器、信号处理电路、温度补偿电路、延时电 路和高低电平输出电路集成于一体的新器件。它具有灵敏度高、抗干 扰能力强、耐低温（－３０℃）及使用方便等特点，主要用来探测人体发 射出的红外线能量，适用于人体移动的探测报警系统。图２示出了一 种常用的热释电红外探测模块ＨＮ９１１的外形，它采用双列 ６ 脚直插式 封装。
技术创新
２０１０年第１２期 116
热释电红外传感器原理及其应用
孙华 李扬
（鹤壁职业技术学院）
摘 要 本文介绍了热释电红外传感器的结构、工作原理和新集成器件热释电红外探测模块ＨＮ９１１外形、内部电路并论述热释 电红外探测模块在防盗报警方面的应用。
关键词 热释电红外传感器 热释电探测模块ＨＮ９１１ 报警电路
５ 结语
（１）大部分中学生对体育都有比较正确的价值观，大多数学生 已逐渐养成经常锻炼身体的习惯。
（２）通过对中学生体育价值观与体育行为的调查，反映了中学 体育教学内容和体育课程体系改革探索已见成效，但仍有很多的工作 要做。
（３）大多数学校没有充分发挥体育健身育人的作用，没有给体 育科目以足够的重视和支持。
（２）学生体育知识结构和个人能力的影响。体育知识是构成运 动能力和健身实践的基础，能力更是兴趣的重要条件。现行的中学体 育教育对学生的理论知识，比如生理方面、心理方面、以及肌体的运 动机理、运动卫生方面、运动技术的理论分析等知识很少涉猎，只是 一味地对学生进行技术教学。中学生都处在身体发育阶段，力量等各 方面素质达不到技术的要求，学生在不了解运动机理的情况下，便会 对自己的运动能力产生怀疑，对运动中出现的正常反应，出现惊惶、 恐惧，从而放弃运动，对运动的兴趣、积极性产生动摇。
热释电红外传感器主要由外壳、滤光片、热释电元件、结型场效 应管、电阻等组成，其中滤光片设置在窗口处是为滤去无用的红外 线，让有用的红外线进入窗口。在防盗报警系统所采用滤光片为 ６μ ｍ的多膜干涉滤光片，该滤光片能很好地让人体辐射的红外线通过而 阻止其它射线通过，以免引起干扰。结型场效应管起到阻抗变换的作 用放置在管底部分。在防盗报警系统所采用热释电传感器为双元型红 外传感器，双元型传感器由两个有极性的敏感元件反向串联，这样由 于环境的影响而使整个晶片发生温度变化时，极性相反的敏感元件产 生的热释电信号相互抵消，可以有效的防止因太阳光等红外线及环境 温度变化而引起的误差。
（４）学校仍然是学生参加体育锻炼的主要场所，体育课仍然是 中学生从事体育活动的主要途径。学校之外的体育活动匮乏。
（５）中学体育教育应注意体育理论知识的传授，让体育理论为 体育实践服务，让学生主动学习，自主学习。
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仅从以上几个方面我们不难看出，当前中学生体育场地器材设备 方面的问题是比较突出的，其结果是课堂教学受到限制，课外活动难 于广泛开展，每天坚持锻炼难于实现。
（４）教育考试制度的影响。在一切为了中高考的教学目标，学 生学习成绩第一的实际情况下，体育只能是“被遗忘的角落”、“没 娘的孩子没人疼”。具体有以下一些表现。①很多学校（重点中学除 外）一到初三、高三，体育课就变成可有可无的了，体育课可以随便 挪用，正常的教学根本不能保证，更不用说课外活动。前面的调查了 解到，到了毕业班基本没有课外活动，放学后每天都补课很晚……。 ②学校对体育不够重视，不光对体育科目应有的资金投入不够，很多 学校体育教师的配备远远达不到国家规定的要求： 数量不够。很 多学校的体育教师数量不足，往往一个老师一周要上二十节课以上， 根本没有足够的时间和精力来准备每一节课，这样必然会影响教学效 果。 从作为一定时期下的特殊产物，很多学校的体育老师是由退伍 军人、退役的运动员或有一定运动经历的人担任，他们虽然有很好的 敬业精神，或一定的运动能力，但是对体育理论知识和运动原理的掌 握跟不上时代的要求，不能适应广大同学的需求。③家长在望子成 龙、望女成凤的心理影响下，只会强调小孩抓紧时间学习，小孩的课 外体育活动得不到支持。