热释电人体红外线传感器的原理和应用
热释电红外传感器的工作原理
热释电红外传感器的工作原理热释电红外传感器是一种采用热释电效应来感测红外辐射的传感器。
该传感器能够感知物体的温度和运动状态，具有广泛的应用领域，如安防、自动化、机器人等。
一、热释电效应原理热释电效应是指在非均匀电介质中，当物理量（如温度）发生变化时，电介质中的电荷会发生移动，导致电势的变化。
这种现象叫做热释电效应。
利用这种效应可以制成红外传感器。
二、热释电红外传感器的结构热释电红外传感器由传感器芯片、滤光器、接收器、前置放大器、信号处理电路、输出电路等组成。
传感器芯片通常由热释电材料制成，如聚乙烯、锂铌酸锂等。
滤光器主要过滤掉不需要的光波，只让红外波通过。
接收器将红外波转化为电信号，然后通过前置放大器放大。
信号处理电路对信号进行滤波、增益等处理。
输出电路将处理后的信号转化为可用的电压或电流输出。
三、热释电红外传感器的工作原理1. 当有热源或物体进入传感器的感应区域时，将发射红外辐射波。
2. 经过滤光器的过滤，只有红外波通过，照射到传感器芯片上。
3. 传感器芯片产生电荷的移动，产生电势，经由接收器转化为电信号。
4. 通过前置放大器放大信号之后，通过信号处理电路进行滤波、增益等操作。
5. 处理后的信号通过输出电路转化为可用的电压或电流输出。
四、热释电红外传感器的优缺点1. 优点：响应速度快、结构简单、功耗低、灵敏度高、价格相对较低、在恶劣环境下也可以进行工作。
2. 缺点：受环境影响较大、易受其它电磁辐射的干扰、动态响应能力较差。
综上所述，热释电红外传感器是一种基于热释电效应工作的传感器，其工作原理主要是利用物体的红外辐射，产生电荷移动，最终产生电势并输出信号。
该传感器具有快速响应速度、低功耗、灵敏度高等优点，但受到环境影响较大、易受其它电磁辐射的干扰等缺点。
基于热释电红外传感器的人体检测报警系统的研究与设计
基于热释电红外传感器的人体检测报警系统的研究与设计一、本文概述随着科技的不断发展和社会安全需求的日益增长，人体检测报警系统在各种应用场景中发挥着越来越重要的作用。
基于热释电红外传感器的人体检测报警系统因其非接触、抗干扰能力强等特点，被广泛应用于智能家居、安防监控、自动化控制等领域。
本文旨在深入探讨基于热释电红外传感器的人体检测报警系统的研究与设计，以期为相关领域的发展提供理论支持和实践指导。
本文将对热释电红外传感器的工作原理和特性进行详细阐述，以便更好地理解其在人体检测报警系统中的应用。
随后，文章将介绍人体检测报警系统的整体架构和设计思路，包括硬件选型和软件编程等方面。
在此基础上，本文将重点讨论系统的关键技术，如信号处理算法、误报率控制等，以提高系统的检测准确性和稳定性。
本文还将对系统的性能测试和实验结果进行分析，以验证设计的有效性和可靠性。
文章将总结研究成果，并展望基于热释电红外传感器的人体检测报警系统未来的发展方向和潜在应用前景。
通过本文的研究与设计，期望能够为相关领域的研究人员和工程师提供有益的参考和启示，推动基于热释电红外传感器的人体检测报警技术的不断创新和发展。
二、热释电红外传感器原理及特性热释电红外传感器是一种能够探测人体红外辐射变化并将其转化为电信号的器件。
其工作原理基于热释电效应，即某些晶体材料在吸收红外辐射后，其表面温度发生变化，从而导致材料内部的极化状态改变，产生热释电电流。
这种电流的大小与红外辐射的强度、材料的热释电系数以及温度变化的速率等因素有关。
热释电红外传感器具有灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强等特点。
由于人体在环境中会不断发出红外辐射，而热释电红外传感器能够精确地检测到这种辐射的变化，因此其灵敏度较高。
热释电红外传感器对红外辐射的响应速度非常快，能够在毫秒级别内完成信号转换，这对于实时的人体检测报警系统来说非常重要。
热释电红外传感器还具有较好的抗干扰能力，能够在复杂的环境条件下稳定工作，减少误报和漏报的情况。
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。
第六章、 热释电红外传感器及其应用
热释电效应：当一些晶体受热时，在晶体两端将会 产生数量相等而符号相反的电荷。这种由于热变化 而产生的电极化现象称为热释电效应。 通常，晶体自发极化所产生的束缚电荷被空气中 附集在晶体外表面的自由电子所中和，其自发极化 电矩不能显示出来。当温度变化时，晶体结构中的 正、负电荷重心产生相对位移，晶体自发极化值就 会发生变化，在晶体表面就会产生电荷，对外显示 电性。 若温度对时间的变化率为Dt/dt，极化强度PS 对 时间的变化率为dPs/dt，它相当于外电路上流动的 电流。射电极面积为A，则信号电压的大小为：
第六章、 热释电红外传感器及其应用
热释电红外传感器是一种被动式调制型温度 敏感器件，利用热释电效应工作，它是通过目标 与背景的温差来探测目标的。其响应速度虽不如 光子型，但由于它可在室温下使用、光谱响应宽、 工作频率宽，灵敏度与波长无关，容易使用。这 种探测器，灵敏度高，探测面广，是一种可靠性 很强的探测器。因此广泛应用于各类入侵报警器， 自动开关、非接触测温、火焰报警器等，目前生 产有单元、双元、四元、180°等传感器和带有 PCB控制电路的传感器。常用的热释电探测器如： 硫酸三甘钛（TGS）探测器、铌酸锶钡（SBN） 探测器、钽酸锂（LiTaO3）探测器、锆钛酸铅 （PZT）探测器等。
表10.1.1
TWH95系列控制电路内部设计有两个高阻抗输入低噪声运算 放大器，其总增益限制在67dB之内，灵敏度可通过外接电阻进行 调整。比较器为一个典型的窗口比较电路，其上下阈值经若干次 选择后，确定出最佳门限值。其比较放大电路由内部4V稳压电路 供电，设有温度补偿电路，因此增益不会随外界温度的变化而改 变。这种电路能抑制热气团流动所产生的红外干扰，误报率低， 其探测距离达12米以上。TWH95系列电路，均有使能控制端RD， 该脚悬空时为自动状态，接入光控元件可使电路白天待机，晚上 恢复自动工作。 电路内部均有为PIR预热的开机自动延时电路，延迟时间为45 秒，使PIR预热后建立稳定的工作状态。内部还设置了输出延时系 统电路，
热释电红外传感器原理
热释电红外传感器原理
热释电红外传感器利用物体的红外辐射特性实现对目标物体的检测与监测。
它的工作原理基于热释电效应，即当物体处于不同温度时，会发射出不同强度的红外辐射。
热释电红外传感器的核心部件是由热释电材料制成的探测器。
这种材料能够感应并吸收周围环境中的红外辐射能量。
当被探测的目标物体进入传感器的检测范围内时，目标物体会通过发射红外辐射来改变周围环境的温度分布。
探测器会感知到这种变化，并将其转化为电信号输出。
热释电红外传感器通常还配备有补偿元件和信号处理电路。
补偿元件用于自动调整探测器的温度，以排除环境温度的影响。
信号处理电路则负责处理探测器输出的电信号，将其转化为可读的数字信号或控制信号。
当有人或物体进入传感器的感应范围时，热释电红外传感器会发出警报信号或触发其他相应的操作。
由于其灵敏度高、响应快，以及对环境光和声音的抵抗能力强，因此热释电红外传感器被广泛应用于安防系统、自动化控制以及简单的人体检测等领域。
热释电传感器工作原理
热释电传感器工作原理热释电传感器是一种能够检测温度变化的传感器，它基于材料的热释电效应工作。
本文将详细介绍热释电传感器的工作原理。
一、热释电效应热释电效应，即材料在受到辐射时会发生温度变化，从而导致电势变化的现象。
当材料受到辐射时，被吸收的辐射能量会被转化为热能，从而使材料温度升高。
当材料温度升高时，其内部的自由电子和晶格发生调整，导致了电势差的变化。
二、热释电传感器的结构热释电传感器由热释电元件和信号处理电路两部分组成。
热释电元件主要由热释电材料、电极和热敏电阻组成。
当热释电传感器受到光线照射时，光线中的能量会被转化为热能，使得热释电材料温度升高。
热释电材料的温度升高导致内部电子和晶格的重新排列，从而产生电势差（即热释电电势）。
为了测量热释电电势，热释电传感器在热释电元件两端加上电极，并将电极接入信号处理电路中。
信号处理电路通常包括电荷放大器、滤波器和放大器等模块。
电荷放大器可以将电荷信号转换为电压信号，滤波器则用于滤除杂音信号，放大器则将信号放大以提高测量精度。
热释电传感器的灵敏度取决于热释电材料的特性，例如热释电材料的热扩散系数、比热容和密度等。
传感器的灵敏度还受到环境温度、光照强度和物体表面反射率等因素的影响。
1. 灵敏度高：热释电传感器对环境中微小的温度变化非常敏感，可以检测到大约0.1℃的温度变化。
2. 响应速度快：热释电传感器的响应速度通常在毫秒级别，可以快速检测到温度变化。
3. 能够检测较远距离的温度变化：热释电传感器可以检测距离几米远的物体的温度变化。
4. 对环境光线影响小：热释电传感器主要基于对温度变化的检测，对环境光线的变化不敏感。
1. 误差大：热释电传感器的输出电压受到环境温度、光照强度和物体表面反射率等因素的影响，容易产生误差。
3. 小信号处理困难：热释电传感器产生的电信号通常比较微弱，需要经过电荷放大器、滤波器和放大器等模块进行放大和处理。
热释电传感器是一种灵敏度高、响应速度快、能够检测远距离温度变化的传感器。
热释电红外传感器原理教程通用课件
包括探测器的结构、材料的热电性能、制造工艺等。
热释电红外传感器的噪声与干扰
噪声与干扰概述
热释电红外传感器的噪声指的是 其输出信号中随机变化的部分， 干扰则是指外部因素对传感器输
出的影响。
噪声的来源
热释电红外传感器的噪声主要来源 于探测器材料的热涨落、电路噪声 、环境辐射等。
干扰的来源
热释电红外传感器的干扰主要来源 于电磁干扰、电源噪声、机械振动 等。
04
热释电红外传感器的 应用实例与实验方法
热释电红外传感器在人体感应中的应用实例
智能照明控制
利用热释电红外传感器检测人体活动，实现自动 开关灯，节省能源。
智能家居系统
通过热释电红外传感器监测家庭成员活动，实现 自动化家务管理。
医疗护理
在病房、卫生间等场所安装热释电红外传感器， 实现自动呼叫系统，方便病人使用。
刘洋, 王丽, 李明等. 基于热释电效应的红外传感器研究进展. 物理 学报, 2022; 61(3): 1-10.
致谢
01
对参与本教程编写的所有作者表示衷心的感谢。他们在百 忙之中对教程进行了仔细的编写和校对，为读者提供了宝 贵的知识和经验。
02
感谢北京电子工业出版社的编辑们，他们在整个教程的编 写过程中给予了极大的支持和帮助，提供了宝贵的意见和 建议。
早期火灾预警
利用热释电红外传感器检测火灾初期的 热辐射，及时发出预警信号，降低火灾 发生的风险。
VS
工业生产安全
在工厂、仓库等场所安装热释电红外传感 器，提高火灾预警能力传感器的 调试与校准方法
热释电红外传感器的调试步骤
硬件连接
确认传感器与主机之间的连接是否牢固，避 免接触不良导致信号传输受阻。
一文读懂热释电传感器的原理与应用
一文读懂热释电传感器的原理与应用热释电红外传感器是一种非常有应用潜力的传感器。
它能检测人或某些动物发射的红外线并转换成电信号输出，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。
早在1938年，有人就提出利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视。
直到六十年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才又推动了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用开发。
热释电效应当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象，被称为热释电效应。
通常，晶体自发极化所产生的束缚电荷被来自空气中附着在晶体表面的自由电子所中和，其自发极化电矩不能表现出来。
当温度变化时，晶体结构中的正负电荷重心相对移位，自发极化发生变化，晶体表面就会产生电荷耗尽，而电荷耗尽情况正比于极化程度。
能产生热释电效应的晶体称之为热释电体或热释电元件。
热释电元件常用的材料有单晶(LiTaO3 等)、压电陶瓷(PZT等)及高分子薄膜(PVFZ等)。
热释电传感器利用的正是热释电效应，这是一种对温度敏感的传感器。
它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，在传感器监测范围内温度有ΔT的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱的电压ΔV。
由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。
热释电效应所产生的电荷ΔQ 会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，ΔT=0，则传感器无输出。
当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，则有ΔT输出;若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。
所以这种传感器检测人体或者动物的活动传感。
热释电红外线传感器结构普通热释电人体红外线传感器的外形如图所示，D脚和S脚分别为内部场效应管的漏极和源极的引出端，G脚为内部敏感元件的接地引出端。
hc-sr501热释电红外传感器工作原理
hc-sr501热释电红外传感器工作原理
HC-SR501热释电红外传感器是一种基于热释电效应和红外技术的传感器。
它通过感知环境中的温度变化和红外辐射来检测人体的存在。
工作原理如下：
1. 热释电效应：热释电效应是一种物体在温度变化时产生的电信号。
当物体的温度发生变化时，物体内部的热能分布也会发生变化，导致
物体表面电子的位置分布也发生变化，从而产生微弱的电荷分布。
这
个电荷分布会导致物体表面电位变化，形成热释电电信号。
2. 红外技术：红外辐射是一种人眼无法看见的电磁辐射，其波
长较长，能够被人体发射的红外辐射器辐射出来。
人体的红外辐射主
要来自于体温的散发。
当有人或其他物体进入传感器的检测范围时，
传感器会感知到其发出的红外辐射。
3. HC-SR501的工作原理：HC-SR501传感器具有一个红外探测单
元和一个信号处理单元。
红外探测单元包括一个红外辐射接收器和一
个镜头。
当有人或物体进入传感器的感应范围时，人体发出的红外辐
射会被镜头聚焦，然后被红外辐射接收器接收。
接收到的信号通过信
号处理单元进行放大和滤波处理，然后输出一个电平信号，用于触发
其他设备或系统。
总结来说，HC-SR501热释电红外传感器通过感知环境中的温度变化和红外辐射来检测人体的存在。
当有人或其他物体进入传感器范围时，红外辐射被探测、放大和处理，最终输出一个电平信号，用于触
发其他设备或系统的工作。
热释电红外传感器工作原理
1 概述概述随着时代的不断进步,人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求,尤其是在家居安全方面,不得不时刻留意那些不速之客｡现在很多小区都安装了智能报警系统,因而大大提高了小区的安全程度,有效保证了居民的人身财产安全｡由于红外线是不可见光,有很强的隐蔽性和保密性,因此在防盗､警戒等安保装置中得到了广泛的应用｡此外,在电子防盗､人体探测等领域中,被动式热释电红外探测器也以其价格低廉､技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎｡目前国内使用的各类防盗､保安报警器基本都是以超声波､主动式红外发射/接收以及微波等技术为基础｡而这里所设计的被动式红外报警器则采用了美国的传感元件——热释电红外传感器｡这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线,并将其转变为电压信号,同时,它还能鉴别出运动的生物与其它非生物｡热释电红外传感器既可用于防盗报警装置,也可以用于自动控制､接近开关､遥测等领域｡用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比,具有如下特点: ●不需要用红外线或电磁波等发射源｡●灵敏度高､控制范围大｡●隐蔽性好,可流动安装｡2 热释电红外传感器的原理特性热释电红外传感器的原理特性热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器｡不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶,其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂､硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成,其极化随温度的变化而变化｡为了抑制因自身温度变化而产生的干扰 该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式,因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化 并将其转换为电信号输出｡热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换｡由于热电元输出的是电荷信号,并不能直接使用 因而需要用电阻将其转换为电压形式 该电阻阻抗高达104MΩ,故引入的N沟道结型场效应管应接即源极跟随器 来完成阻抗变换｡热释电红外传感器由传感探测元､干涉成共漏形式 即源极跟随器滤光片和场效应管匹配器三部分组成｡设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片,并在它的两面镀上金属电极,然后加电对其进行极化,这样便制成了热释电探测元｡由于加电极化的电压是有极性的,因此极化后的探测元也是有正､负极性的｡图1是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图｡使用时D端接电源正极,G 端接电源负极,S端为信号输出｡该传感器将两个极性相反､特性一致的探测元串接在一起,目的是消除因环境和自身变化引起的干扰｡它利用两个极性相反､大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿｡对于辐射至传感器的红外辐射,热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上,从而使传感器输出电压信号｡制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料,它的探测波长范围为0.2~20μm｡为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度,该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片｡这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外,还能将灯光､阳光和其它红外辐射拒之门外｡3 被动式红外报警器的结构原理被动式红外报警器的结构原理3.1 结构结构被动式红外报警器主要由光学系统､热释电红外传感器､信号滤波和放大､信号处理和报警电路等几部分组成｡其结构框图如图2所示｡图中,菲涅尔透镜可以将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外探测元上,同时也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信号不断变化的特性;热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件,它可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用;信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大､滤波､延迟､比较,为报警功能的实现打下基础｡图3所示的是将待测目标､菲涅尔透镜､热释电红外传感器相结合使用时的工作原理示意图｡3.2 工作原理工作原理在该探测技术中,所谓“被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量,只是靠接收自然界能量或能量变化来完成探测目的｡被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化,并能使监控报警器产生报警信号,从而完成报警功能｡图4所示是该报警器的工作电路原理图｡当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时,电路中的传感器将输出电压信号,然后使该信号先通过一个由C1､C2､R1､R2组成的带通滤波器,该滤波器的上限截止频率为16Hz,下限截止频率为0.16Hz｡由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱(通常仅有1mV左右),而且是一个变化的信号,同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式(脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定,通常为0.1~10Hz左右),所以应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大｡本设计运用集成运算放大器LM324来进行两级放大,以使其获得足够的增益｡当传感器探测到人体辐射的红外线信号并经放大后送给窗口比较器时,若信号幅度超过窗口比较器的上下限,系统将输出高电平信号;无异常情况时则输出低电平信号｡在该比较器中,R9､R10､R11用做参考电压,两个运算放大器用做比较,两个二极管的主要作用是使输出更稳定｡窗口比较器的上下限电压 即参考电压即参考电压 分别为3.8V和1.2V｡将上升沿信号 作为单稳电路HEF4538B的触发信号,并让其这个高低电平变化的信号 上升沿信号输出一个脉宽大约为10s的高电平信号｡再用这一脉宽信号作为报警电路KD9561的输入控制信号,来使电路产生10s的报警信号,最后用三极管VT1和VT2再一次对电信号进行放大,以便有足够大的电流来驱动喇叭使其连续发出10s的报警声｡4 结束语结束语用热释电红外传感器设计的监控报警系统具有结构简单､成本低等优点｡经过多次测试,该系统工作情况稳定｡热释电红外报警器只能安装在室内,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)报警器应离地面2.0~2.2米｡(2)报警器应远离空调､冰箱､火炉等空气､温度变化比较敏感的地方｡(3)报警器探测范围内不得有隔屏､家具､大型盆景或其他隔离物｡(4)报警器不要直对窗口,否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报,有条件的话最好把窗帘拉上｡另外,报警器也不要安装在有强气流活动的地方｡。
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热释电人体红外线传感器的原理和应用(2007-05-27 08:14:24) 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。现在，已得到越来越广泛的应用。目前，一些书刊只简要介绍了被动式热释电人体红外线传感器的基本应用。本文就主动式和被动式两方面的基本应用原理作一大致介绍。 一、 热释电人体红外线传感器的基本结构和原理 目前，市场上出现的热释电人体红外线传感器主要有上海产的SD02、PH5324，德国产的LH1954、LH1958，美国HAMAMATSU公司产P2288，日本NIPPON CERAMIC公司的SCA02-1、RS02D等。虽然它们的型号不一样，但其结构、外型和电参数大致相同，大部分可以彼此互换使用。 热释电人体红外线传感器（以下简称：传感器）由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成。图1为P2288、SD02、SCA02-1的外形图。图1a为它们的顶视图，其中较大的矩形部分为滤光窗，两个虚线框矩形为敏感单元，面积约2x1mm2 ，间距1mm。图1b为侧视图；图1c为底视图；它们的监视、探测角度如图1a、d，其中参数为SCA02-1的数据，其它两种的参数大致相同。 1.敏感单元 其内部结构见图1a及图2。对不同的传感器来说，敏感单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。这些材料再做成很薄的薄片，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，如图2中的P1、P2。因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的，而它们形成的等效小电容能自身产生极化，极化的结果是，在电容的两端产生极性相反的正、负电荷。但这两个电容的极性是相反串联的。这正是传感器的独特设计之处，因而使得它具有独特的抗干扰性。
当传感器没有检测到人体辐射出的红外线信号时，由于P1、P2自身产生极化，在电容的两端产生极性相反、电量相等的正、负电荷，而这两个电容的极性是相反串联的，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P1、P2上的红外线光能能量相等，且达到平衡，极性相反、能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。同理，在灯光或阳光下，因阳光移动的速度非常缓慢，P1、P2上的红外线光能能量仍然可以看作是相等的，且在回路中相互抵消；再加上传感器的响应频率很低（一般为0.1~10Hz），即传感器对红外光的波长的敏感范围很窄（一般为5~15um），因此，传感器对它们不敏感。 当环境温度变化而引起传感器本身的温度发生变化时，因P1、P2做在同一硅晶片上的，它所产生的极性相反、能量相等的光电流在回路中仍然相互抵消，传感器无输出。 从原理上讲，任何发热体都会产生红外线，热释电人体红外线传感器对红外线的敏感程度主要表现在传感器敏感单元的温度所发生的变化，而温度的变化导致电信号的产生。环境与自身的温度变化由其内部结构决定了它不向外输出信号；而传感器的低频响应（一般为0.1~10Hz）和对特定波长红外线（一般为5~15um）的响应决定了传感器只对外界的红外线的辐射而引起传感器的温度的变化而敏感，而这种变化对人体而言就是移动。所以，传感器对人体的移动或运动敏感，对静止或移动很缓慢的人体不敏感；它可以抗可见光和大部分红外线的干扰。 2.滤光窗 它是由一块薄玻璃片镀上多层滤光层薄膜而成的，如图2中的M，滤光窗能有效地滤除7.0~14um波长以外的红外线。例如，SCA02-1对7.5~14um波长的红外线的穿透量为70%，在6.5um处时下降为65%，而在5.0um处时陡降为0.1%；P2288的响应波长为6~14um，中心波长为10um。 物体发射出的红外线辐射能，最强波长和温度的关系满足λm*T=2989（um.k）（其中λm为最大波长，T为绝对温度）。人体的正常体温为36~37.5。C ，即309~310.5K，其辐射的最强的红外线的波长为λm=2989/（309~310.5）=9.67~9.64um，中心波长为9.65um。因此，人体辐射的最强的红外线的波长正好落在滤光窗的响应波长（7~14um）的中心。所以，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、灯光等可见光中的红外线的通过，以免引起干扰。 综上所述，传感器只对移动或运动的人体和体温近似人体的物体起作用。 菲涅尔透镜不使用菲涅尔透镜时传感器的探测半径不足2米，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器的探测半径可达到10米。例如，一些传感器对远在20米处快速行驶的汽车里的人体也能可靠地检测到。菲涅尔透镜采用塑料片制作而成。图3为它的平面图。从图中可以看出，透镜在水平方向上分寸成3个部分，每一部分在竖直方向上又等分成若干不同的区域。最上面部分的每一等份为一个透镜单元，它们由一个个同心圆构成，同心圆圆心在透镜单元内。中间和下半部分的每一等份也为分别一个透镜单元，同样由同心圆构成，但同心圆圆心不在透镜单元内。当光线通过这些透镜单元后，就会形成明暗相间的可见区和盲区。由于每一个透镜单元只有一个很小的视角，视角内为可见区，视角外为盲区。任何两个相邻透镜单元之间均以一个盲区和可见区相间隔，它们断续而不重叠和交叉，如图3b。这样，当把透镜放在传感器正前方的适当位置时，运动的人体一旦出现在透镜的前方，人体辐射出的红外线通过透镜后在传感器上形成不断交替变化的阴影区（盲区）和明亮区（可见区），使传感器表面的温度不断发生变化，从而输出电信号。也可以这样理解，人体在检测区内活动时，一离开一个透镜单元的视场，又会立即进入另一个透镜单元的视场，（因为相邻透镜单元之间相隔很近），传感器上就出现随人体移动的盲区和可见区，导致传感器的温度变化，而输出电信号。 菲涅尔透镜不仅可以形成可见区和盲区，还有聚焦作用，其焦点一般为5厘米左右，实际应用时，应根据实际情况或资料提供的说明调整菲涅尔透镜与传感器之间的距离，一般把透镜固定在传感器正前方1~5厘米的地方。 菲涅尔透镜一般采用聚乙烯塑料片制成，颜色为乳白色或黑色，呈半透明状，但对波长为10um左右的红外线来说却是透明的。 表1为热释电人体红外线传感器SCA02-1的主要电参数。 `` 二、 热释电人体红外线传感器的基本应用 图4是由P2288或SCA02-1构成的热释电人体红外线传感器检测与放大电路。 表1 项 目 参 数 条 件 电源电压 2.2~10.0V 源极电压 0.3~2.0V 25．C 源极阻抗 47KΩ Id=6~43uA 电 平 衡 10%Max） 频率响应 0.3~30Hz 12db（Max） 响应波长 7.5~14um 平均大于70% 工作温度 -10~+50。C
图4 PY1为传感器P2288或SCA02-1，IC1为低噪声高速运算放大器LM358等。PY1检测到人体红外线信号后，从2脚输出极微弱的电信号直接输入同相放大器IC1a放大约2500倍，再从1脚输出一定幅度的信号，再经电容C8耦合到反相放大器IC1b进一步放大。IC2构成窗口式电压比较器，当IC1b的7脚电压幅度在Ua和Ub的幅值之间时，IC2的1、7脚无输出；当IC1b的7脚电压幅度大于Ub的幅值时，IC2的7脚输出高电平；当IC1b的7脚电压幅度低于Ua的幅值时，IC2的1脚输出高电平；经D1、D2相互隔离和“或”的作用，从P点输出高电平控制信号。R11用于设置窗口的阀值电平，调节R11可以调整检测器的灵敏度。P点输出高电平控制信号可以用于以下各种实用电路中。 1.“有电，危险”安全警示电路用于有电的场合，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。 2.自动门主要用于银行、宾馆。当有人来到时，大门自动打开，；人离开后又自动关闭。 3.红外线防盗报警器 用于银行、办公楼、家庭等场合的防盗报警。 4.高速公路车辆车流计数器 5.自动开、关的照明灯，人体接近自动开关等。
基于热释电红外传感器的报警系统 １ 概述 随着时代的不断进步，人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面，不得不时刻留意那些不速之客。现在很多小区都安装了智能报警系统，因而大大提高了小区的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。由于红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。
目前国内使用的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、主动式红外发射／接收以及微波等技术为基础。而这里所设计的被动式红外报警器则采用了美国的传感元件——热释电红外传感器。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比，具有如下特点：
●不需要用红外线或电磁波等发射源。 ●灵敏度高、控制范围大。 ●隐蔽性好，可流动安装。 ２ 热释电红外传感器的原理特性 热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用因而需要用电阻将其转换为电压形式该电阻阻抗高达１０４ＭΩ，故引入的Ｎ沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换。热释电红