熱釋電紅外傳感器原理教程大賽培訓(xùn)2013夏

1、熱釋電紅外傳感器熱釋電紅外傳感器 紅外傳感器紅外傳感器 (一一)熱釋電紅外傳感器在生活中的應(yīng)用熱釋電紅外傳感器在生活中的應(yīng)用 (二二)熱釋電紅外傳感器的工作原熱釋電紅外傳感器的工作原 理理 (三三)熱釋電紅外傳感器應(yīng)用設(shè)計(jì)熱釋電紅外傳感器應(yīng)用設(shè)計(jì) 紅外傳感器在生活中的應(yīng)用紅外傳感器在生活中的應(yīng)用 紅外傳感器在生活中的應(yīng)用紅外傳感器在生活中的應(yīng)用 1.“有電有電，危險(xiǎn)，危險(xiǎn)”安全安全警示警示電路電路用于有用于有 電的場(chǎng)合，當(dāng)有人進(jìn)入這些場(chǎng)合時(shí)，通電的場(chǎng)合，當(dāng)有人進(jìn)入這些場(chǎng)合時(shí)，通 過(guò)發(fā)出語(yǔ)音和聲光提醒人們注意安全。過(guò)發(fā)出語(yǔ)音和聲光提醒人們注意安全。 2.自動(dòng)門自動(dòng)門主要用于銀行、賓館。當(dāng)有主要用

2、于銀行、賓館。當(dāng)有 人來(lái)到時(shí)，大門自動(dòng)打開(kāi)，人離開(kāi)后又人來(lái)到時(shí)，大門自動(dòng)打開(kāi)，人離開(kāi)后又 自動(dòng)關(guān)閉。自動(dòng)關(guān)閉。 3.紅外線紅外線防盜報(bào)警器防盜報(bào)警器用于銀行、用于銀行、 辦公樓、家庭等場(chǎng)合的防盜報(bào)警。辦公樓、家庭等場(chǎng)合的防盜報(bào)警。 4.高速公路車輛高速公路車輛車流計(jì)數(shù)器車流計(jì)數(shù)器 5.自動(dòng)開(kāi)、關(guān)自動(dòng)開(kāi)、關(guān)的照明燈，人體的照明燈，人體 接近自動(dòng)開(kāi)關(guān)等。接近自動(dòng)開(kāi)關(guān)等。 1.光譜基礎(chǔ)光譜基礎(chǔ) 2.人體輻射人體輻射 3.熱釋電核心探頭熱釋電核心探頭 (二) 紅外傳感器的工作原理紅外傳感器的工作原理光譜基礎(chǔ)光譜基礎(chǔ) 紅外線屬于一種紅外線屬于一種電磁射線電磁射線，其特性等，其特性等 同于無(wú)線電或同于無(wú)線

3、電或X射線。人眼可見(jiàn)的光射線。人眼可見(jiàn)的光波是波是 380nm-780nm，發(fā)射波長(zhǎng)為，發(fā)射波長(zhǎng)為780nm- 1mm的長(zhǎng)射線稱為紅外線的長(zhǎng)射線稱為紅外線 對(duì)紅外線的處理方式對(duì)紅外線的處理方式: 一一.定量處理定量處理 如利用氣體的如利用氣體的特征吸收波長(zhǎng)特征吸收波長(zhǎng)及積及積 分特性進(jìn)入某一波長(zhǎng)的定量測(cè)量分特性進(jìn)入某一波長(zhǎng)的定量測(cè)量 二二.定性處理定性處理 解決有無(wú)的問(wèn)題解決有無(wú)的問(wèn)題 紅外傳感器的工作原理紅外傳感器的工作原理人體輻射人體輻射 任何發(fā)熱體都會(huì)產(chǎn)生任何發(fā)熱體都會(huì)產(chǎn)生紅外線紅外線 輻射的紅外線波長(zhǎng)跟物體輻射的紅外線波長(zhǎng)跟物體溫度溫度有關(guān)。表面溫度越有關(guān)。表面溫度越 高高,輻射能量越

4、強(qiáng)。輻射能量越強(qiáng)。 最強(qiáng)波長(zhǎng)和溫度的關(guān)系滿足最強(qiáng)波長(zhǎng)和溫度的關(guān)系滿足m*T=2989（um.k） 人體的正常體溫為人體的正常體溫為3637.5。C，其輻射的最強(qiáng)其輻射的最強(qiáng) 的紅外線的波長(zhǎng)為的紅外線的波長(zhǎng)為9.679.64um，中心波長(zhǎng)為，中心波長(zhǎng)為 9.65um。 其內(nèi)部的熱電元由高熱電其內(nèi)部的熱電元由高熱電 系數(shù)的鐵系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以鈦酸鉛汞陶瓷以 及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等 配合濾光鏡片窗口組成，配合濾光鏡片窗口組成， 其其極化產(chǎn)生極化產(chǎn)生正、負(fù)電荷正、負(fù)電荷,隨隨 溫度溫度的變化而變化。的變化而變化。 紅外傳感器的工作原理紅外傳感器的工作原理熱釋電核心探頭熱釋電核

5、心探頭 熱電 元 熱釋電紅外傳感器由熱釋電紅外傳感器由傳感探傳感探 測(cè)元、干涉濾光片和場(chǎng)效測(cè)元、干涉濾光片和場(chǎng)效 應(yīng)管匹配器應(yīng)管匹配器三部分組成。三部分組成。 紅外傳感器的工作原理紅外傳感器的工作原理熱釋電核心探頭熱釋電核心探頭 端接電源端接電源 正極，正極， 端接電源端接電源 負(fù)極，負(fù)極， 端為信號(hào)端為信號(hào) 輸出輸出 熱電元熱電元 紅外傳感器的工作原理紅外傳感器的工作原理熱釋電紅外探頭熱釋電紅外探頭 熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場(chǎng)效應(yīng)場(chǎng)效應(yīng) 管管的目的在于完成的目的在于完成阻抗變換阻抗變換。 由于熱電元輸出的是由于熱電元輸出的是電荷信號(hào)電荷信號(hào)，并不能，并不能 直

6、接使用直接使用,因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓電壓 形式形式,該電阻阻抗高達(dá)該電阻阻抗高達(dá)104，故引入的，故引入的 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)接成溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式共漏形式即源即源 極跟隨器來(lái)完成阻抗變換。極跟隨器來(lái)完成阻抗變換。 濾光窗濾光窗 -由一塊薄玻璃片鍍上多層濾光層薄膜而成由一塊薄玻璃片鍍上多層濾光層薄膜而成 的，能有效地濾除的，能有效地濾除7.014um波長(zhǎng)以外的紅外線。波長(zhǎng)以外的紅外線。 人體正常體溫時(shí)，輻射的最強(qiáng)的紅外線的中心人體正常體溫時(shí)，輻射的最強(qiáng)的紅外線的中心波長(zhǎng)為波長(zhǎng)為 9.65um,正好落在濾光窗的響應(yīng)波長(zhǎng)（正好落在濾光窗的響應(yīng)波長(zhǎng)（714

7、um）中）中 心。心。 傳感器只對(duì)傳感器只對(duì)移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的人體、體溫近似人移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的人體、體溫近似人 體的物體體的物體起作用。起作用。 故濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線故濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線 通過(guò)，而最大限度地阻止陽(yáng)光、燈光等可見(jiàn)通過(guò)，而最大限度地阻止陽(yáng)光、燈光等可見(jiàn) 光中的紅外線的通過(guò)，以免引起干擾。光中的紅外線的通過(guò)，以免引起干擾。 紅外傳感器的工作原理紅外傳感器的工作原理熱釋電紅外探頭熱釋電紅外探頭 （1）人體經(jīng)過(guò)探頭先后被人體經(jīng)過(guò)探頭先后被A A源或被源或被B B源感應(yīng)，源感應(yīng)，SaSbSaSbSaSb產(chǎn)生差值，雙源失去互補(bǔ)平衡作用而很敏感產(chǎn)生差值，雙源失去互補(bǔ)平衡作用而

8、很敏感 地產(chǎn)生信號(hào)輸出，見(jiàn)圖（地產(chǎn)生信號(hào)輸出，見(jiàn)圖（3C3C）。）。 （2 2）人）人對(duì)著探頭呈垂直狀態(tài)運(yùn)動(dòng)對(duì)著探頭呈垂直狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，Sa=SbSa=Sb不產(chǎn)生差值，不產(chǎn)生差值， 雙源很難產(chǎn)生信號(hào)輸出。雙源很難產(chǎn)生信號(hào)輸出。 紅外傳感器的工作原理紅外傳感器的工作原理 徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感, 而對(duì)于而對(duì)于橫切方向橫切方向(即與半徑垂直的方即與半徑垂直的方 向向)移動(dòng)則最為敏感移動(dòng)則最為敏感. 在現(xiàn)場(chǎng)選擇在現(xiàn)場(chǎng)選擇合適的安裝位置合適的安裝位置是避是避 免紅外探頭誤報(bào)、求得最佳檢測(cè)靈敏免紅外探頭誤報(bào)、求得最佳檢測(cè)靈敏 度極為重要的一環(huán)。度極為重要的一環(huán)。 在該探測(cè)技術(shù)中，所謂在該探

9、測(cè)技術(shù)中，所謂“被動(dòng)被動(dòng)”是指探測(cè)是指探測(cè) 器器本身不發(fā)出本身不發(fā)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 自然界能量或能量變化自然界能量或能量變化來(lái)完成探測(cè)目的。來(lái)完成探測(cè)目的。 被動(dòng)紅外報(bào)警器特點(diǎn)：被動(dòng)紅外報(bào)警器特點(diǎn)： 能夠響應(yīng)入侵者在所防范能夠響應(yīng)入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動(dòng)區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)所時(shí)所 引起的引起的紅外輻射變化紅外輻射變化，并能使監(jiān)控報(bào)警器，并能使監(jiān)控報(bào)警器產(chǎn)產(chǎn) 生報(bào)警信號(hào)生報(bào)警信號(hào)，從而完成報(bào)警功能。，從而完成報(bào)警功能。 重要概念 1.熱釋電應(yīng)用電路原理圖熱釋電應(yīng)用電路原理圖 2.典型電路設(shè)計(jì)分析典型電路設(shè)計(jì)分析(一一) 3.典型電路設(shè)計(jì)分析典型電路設(shè)計(jì)分析(二二)

10、4.聚光系統(tǒng)聚光系統(tǒng)-菲涅爾鏡片菲涅爾鏡片 的原理和應(yīng)用的原理和應(yīng)用 (三) 熱釋電紅外傳感器工作電路原理圖熱釋電紅外傳感器工作電路原理圖 常用放大電 路有哪些? 典型電路設(shè)計(jì)分析典型電路設(shè)計(jì)分析(一一) reture 具體電路應(yīng)用設(shè)計(jì)分析具體電路應(yīng)用設(shè)計(jì)分析(一一) v 電路工作原理 探頭接收到探頭接收到人體釋放的熱釋紅外信號(hào)人體釋放的熱釋紅外信號(hào),經(jīng)經(jīng) VT1、IC2兩級(jí)放大兩級(jí)放大,輸入輸入電壓比較器電壓比較器IC3。其。其 中中RP為為參考電壓參考電壓調(diào)節(jié)電位器，用來(lái)調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)電位器，用來(lái)調(diào)節(jié)電路 靈敏度，也就是探測(cè)范圍。靈敏度，也就是探測(cè)范圍。平時(shí)平時(shí)，參考電壓，參考電壓 （IC3

11、的（的（2）腳電壓）高于）腳電壓）高于IC2的輸入電壓的輸入電壓 （IC3的（的（3）腳電壓），）腳電壓），IC3輸出低電平輸出低電平。 v 當(dāng)當(dāng)有人進(jìn)入有人進(jìn)入探測(cè)范圍時(shí)，探頭輸出探測(cè)電探測(cè)范圍時(shí)，探頭輸出探測(cè)電 壓，經(jīng)壓，經(jīng)VT1和和IC2放大后使信號(hào)輸出電壓放大后使信號(hào)輸出電壓高高 于參考電壓于參考電壓，這時(shí)，這時(shí)IC3的（的（6）腳輸出）腳輸出高電高電 平平，三極管，三極管VT2導(dǎo)通導(dǎo)通，繼電器，繼電器J1能通電吸能通電吸 合合，接通開(kāi)關(guān)。，接通開(kāi)關(guān)。 具體電路應(yīng)用設(shè)計(jì)分析具體電路應(yīng)用設(shè)計(jì)分析(一一) 電路中電路中VT3、C7、R8、R10組成組成開(kāi)機(jī)延開(kāi)機(jī)延 時(shí)時(shí)電路。當(dāng)開(kāi)機(jī)時(shí)，開(kāi)機(jī)

12、人的感應(yīng)會(huì)使電路。當(dāng)開(kāi)機(jī)時(shí)，開(kāi)機(jī)人的感應(yīng)會(huì)使IC3 輸出高電平，造成誤觸發(fā)。輸出高電平，造成誤觸發(fā)。 開(kāi)機(jī)延時(shí)電路在開(kāi)機(jī)的瞬間，由電容開(kāi)機(jī)延時(shí)電路在開(kāi)機(jī)的瞬間，由電容C7 的充電的充電作用而使作用而使VT3導(dǎo)通導(dǎo)通，這樣就使，這樣就使IC3輸出輸出 的高電平的高電平經(jīng)經(jīng)VT3通地通地，VT2可以可以保持截保持截狀態(tài)，狀態(tài)， 防止了開(kāi)機(jī)誤觸發(fā)。開(kāi)機(jī)延時(shí)時(shí)間由防止了開(kāi)機(jī)誤觸發(fā)。開(kāi)機(jī)延時(shí)時(shí)間由C7與與 R8的時(shí)間常數(shù)決定，約的時(shí)間常數(shù)決定，約20秒。秒。 元件選用 IC2、IC3選用選用高輸入阻抗高輸入阻抗的運(yùn)算放大的運(yùn)算放大 器器CA3140，很適合于作，很適合于作微弱信號(hào)的放大微弱信號(hào)的放大 級(jí)

13、級(jí)。 電路調(diào)試 電路調(diào)試主要是電路調(diào)試主要是調(diào)節(jié)電位器調(diào)節(jié)電位器RB，選擇合，選擇合 適的參考電壓，以達(dá)到最佳靈敏度。適的參考電壓，以達(dá)到最佳靈敏度。 具體電路應(yīng)用設(shè)計(jì)分析具體電路應(yīng)用設(shè)計(jì)分析(二二) BISS0001 具體電路應(yīng)用設(shè)計(jì)分析具體電路應(yīng)用設(shè)計(jì)分析(二二) 紅外熱釋電處理芯片紅外熱釋電處理芯片BISS0001 上圖中，上圖中，運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器OP1將熱釋電將熱釋電 紅外傳感器的輸出信號(hào)作第一級(jí)放大，紅外傳感器的輸出信號(hào)作第一級(jí)放大， 然后由然后由C3耦合給運(yùn)算放大器耦合給運(yùn)算放大器OP2進(jìn)行第進(jìn)行第 二級(jí)放大，再經(jīng)由二級(jí)放大，再經(jīng)由電壓比較器電壓比較器COP1和和 COP2構(gòu)成

14、的雙向鑒幅器處理后，檢出構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出 有效觸發(fā)信號(hào)有效觸發(fā)信號(hào)Vs去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器，去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器， 輸出信號(hào)輸出信號(hào)Vo經(jīng)晶體管經(jīng)晶體管T1放大驅(qū)動(dòng)放大驅(qū)動(dòng)繼電器繼電器 去接通負(fù)載。去接通負(fù)載。 工作原理：工作原理： 當(dāng)傳感器探測(cè)到人體輻射的紅外線信號(hào)并經(jīng)放大后送給當(dāng)傳感器探測(cè)到人體輻射的紅外線信號(hào)并經(jīng)放大后送給 窗口比較器時(shí)窗口比較器時(shí),若信號(hào)幅度超過(guò)窗口比較器的上下限若信號(hào)幅度超過(guò)窗口比較器的上下限,系統(tǒng)將輸系統(tǒng)將輸 出高電平信號(hào)出高電平信號(hào);無(wú)異常情況時(shí)則輸出低電平信號(hào)無(wú)異常情況時(shí)則輸出低電平信號(hào) 在該比較器在該比較器 中中,R9 R10 R11用做參考電壓用

15、做參考電壓,兩個(gè)運(yùn)算放大器用做比較兩個(gè)運(yùn)算放大器用做比較,兩兩 個(gè)二極管的主要作用是使輸出更穩(wěn)定個(gè)二極管的主要作用是使輸出更穩(wěn)定 窗口比較器的上下限窗口比較器的上下限 電壓電壓即參考電壓即參考電壓分別為分別為3.8V和和1.2V 將這個(gè)高低電平變化將這個(gè)高低電平變化 的信號(hào)的信號(hào)上升沿信號(hào)上升沿信號(hào)作為單穩(wěn)電路作為單穩(wěn)電路HEF4538B的觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)信號(hào),并并 讓其輸出一個(gè)脈寬大約為讓其輸出一個(gè)脈寬大約為10s的高電平信號(hào)的高電平信號(hào) 再用這一脈寬信再用這一脈寬信 號(hào)作為報(bào)警電路號(hào)作為報(bào)警電路KD9561的輸入控制信號(hào)的輸入控制信號(hào),來(lái)使電路產(chǎn)生來(lái)使電路產(chǎn)生10s的的 報(bào)警信號(hào)報(bào)警信號(hào),最

16、后用三極管最后用三極管VT1和和VT2再一次對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大再一次對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大, 以便有足夠大的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)喇叭使其連續(xù)發(fā)出以便有足夠大的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)喇叭使其連續(xù)發(fā)出10s的報(bào)警聲的報(bào)警聲 聚光系統(tǒng)菲涅爾鏡片聚光系統(tǒng)菲涅爾鏡片 菲涅爾鏡片的原理和應(yīng)用菲涅爾鏡片的原理和應(yīng)用 各式各樣的菲涅爾鏡片各式各樣的菲涅爾鏡片 菲涅爾鏡片是菲涅爾鏡片是紅外線探頭的紅外線探頭的 “眼鏡眼鏡”，它就象人的眼鏡一樣，它就象人的眼鏡一樣， 配用得當(dāng)與否直接影響到使用的功配用得當(dāng)與否直接影響到使用的功 效，配用不當(dāng)產(chǎn)生誤動(dòng)作和漏動(dòng)作，效，配用不當(dāng)產(chǎn)生誤動(dòng)作和漏動(dòng)作， 致使用戶或者開(kāi)發(fā)者對(duì)其失去信心。致使用戶或者開(kāi)發(fā)者

17、對(duì)其失去信心。 配用得當(dāng)充分發(fā)揮人體感應(yīng)的作用，配用得當(dāng)充分發(fā)揮人體感應(yīng)的作用， 使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。 菲涅爾透鏡的作用菲涅爾透鏡的作用有兩個(gè)：有兩個(gè)： 一是一是聚焦作用聚焦作用，即將探測(cè)空間的紅外，即將探測(cè)空間的紅外 線有效地集中到傳感器上。線有效地集中到傳感器上。 不使用菲涅爾透鏡時(shí)傳感器的探測(cè)半不使用菲涅爾透鏡時(shí)傳感器的探測(cè)半 徑徑不足不足2米米，只有配合菲涅爾透鏡使用才，只有配合菲涅爾透鏡使用才 能發(fā)揮最大作用。配上菲涅爾透鏡時(shí)傳感能發(fā)揮最大作用。配上菲涅爾透鏡時(shí)傳感 器的探測(cè)半徑器的探測(cè)半徑可達(dá)到可達(dá)到10米米。 聚集能量 菲涅爾鏡片的原理和應(yīng)用菲涅爾鏡片的原理和應(yīng)用 第二個(gè)作用是將探測(cè)區(qū)域內(nèi)分為若第二個(gè)作用是將探測(cè)區(qū)域內(nèi)分為若 干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測(cè)區(qū)干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測(cè)區(qū) 域的移動(dòng)物體能以域的移動(dòng)物體能以溫度變化溫度變化的形的形 式在式在PIR上產(chǎn)生變化的熱釋紅外信上產(chǎn)生變化的熱釋紅外信 號(hào)。號(hào)。 下圖是常用三區(qū)多段鏡片區(qū)段劃分、垂直和平下圖是常用三區(qū)多段鏡片區(qū)段劃分、垂直和平 面感應(yīng)圖。面感應(yīng)圖。 菲涅爾鏡片的原理和應(yīng)用菲涅爾鏡片的