被動(dòng)式紅外人體探測(cè)傳感器

1、人體探測(cè)1 1、目前人體探測(cè)，基本分為以下幾種方式：、目前人體探測(cè)，基本分為以下幾種方式： （1 1）電場(chǎng)成像探測(cè)；電場(chǎng)成像探測(cè)； （2 2）微波多普勒探測(cè)；）微波多普勒探測(cè)； （3 3）紅外成像紅外成像& &視頻成像視頻成像檢測(cè)；檢測(cè)； （4 4）紅外線被動(dòng)式傳感器探測(cè)；紅外線被動(dòng)式傳感器探測(cè)； 2 2、主要應(yīng)用領(lǐng)域：、主要應(yīng)用領(lǐng)域： （1 1）紅外線被動(dòng)式傳感器探測(cè)；）紅外線被動(dòng)式傳感器探測(cè)； 安防監(jiān)控報(bào)警，燈光控制等安防監(jiān)控報(bào)警，燈光控制等 （2 2）微波多普勒探測(cè)；）微波多普勒探測(cè)； 生命探測(cè)儀等；生命探測(cè)儀等； （3 3）電場(chǎng)成像探測(cè)；）電場(chǎng)成像探測(cè)； 汽車安全氣囊，汽車安全應(yīng)用汽車

2、安全氣囊，汽車安全應(yīng)用 （4 4）紅外成像）紅外成像& &視頻成像檢測(cè)視頻成像檢測(cè) 安防監(jiān)控等領(lǐng)域安防監(jiān)控等領(lǐng)域 電場(chǎng)傳感器一種新型的物體探測(cè)器件，它發(fā)射一定頻率的電場(chǎng)波，通過(guò)測(cè)量布置在被測(cè)物體周圍的多個(gè)個(gè)電極空間上分布電容的微小變化來(lái)得到被測(cè)物體的位置、大小和相對(duì)位移變化信息。電場(chǎng)傳感器可以方便地用于非接觸探測(cè)高度等信息，以及在汽車安全系統(tǒng)中探測(cè)座位上人的位置及體積等信息。電傳感器在人體探測(cè)場(chǎng)合應(yīng)用也較多，這個(gè)現(xiàn)在在高檔汽車的人體探測(cè)中應(yīng)用很廣泛，類似多相流檢測(cè)領(lǐng)域的電容層析成像（ECT），在安全氣囊彈出上應(yīng)用很多，可探測(cè)是小孩還是大人，以防安全氣囊對(duì)小孩或者人造成傷害，多用于高檔汽車，該原

3、理能夠探測(cè)物體的形狀等信息，較為精確，因需要使用多個(gè)極板，和空間分布，需要較高速度的調(diào)理電路和處理電路，成本較高。微波多普勒人體探測(cè)，微波多普勒人體探測(cè)，這個(gè)就是在救災(zāi)是常用的生命探測(cè)儀的原理，這個(gè)根據(jù)的是微波多普列效應(yīng)，探測(cè)人的心跳和體格運(yùn)動(dòng)來(lái)探測(cè)人的生命體征。這個(gè)檢測(cè)很準(zhǔn)確，通過(guò)微波發(fā)射檢測(cè)，檢測(cè)物體微動(dòng)十分精確靈敏，但是該方法成本很高，并帶有一定功率的微波輻射。紅外&視頻成像人體探測(cè)，這個(gè)是比較好的方法，這個(gè)也比較容易實(shí)現(xiàn)，目前鑒別算法很成熟了，但是同樣的是不能甄別靜止的物體，首先有紅外或者視頻CCD成像，還要有處理器對(duì)成像信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，通過(guò)比對(duì)圖像差異來(lái)確定是否有人或者物體進(jìn)入，該方法

4、能夠探測(cè)較小的位移，能夠?qū)崿F(xiàn)人體的大小，形狀等辨別，但是這個(gè)方法成本也很高，這個(gè)需要很好的硬件和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)鑒別算法！在自然界，任何高于絕對(duì)溫度（在自然界，任何高于絕對(duì)溫度（- 273- 273度）時(shí)物體都將產(chǎn)生紅外光譜，度）時(shí)物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體，其釋放的紅外能量的波長(zhǎng)是不一樣的，因此紅外波不同溫度的物體，其釋放的紅外能量的波長(zhǎng)是不一樣的，因此紅外波長(zhǎng)與溫度的高低是相關(guān)的。長(zhǎng)與溫度的高低是相關(guān)的。根據(jù)這一特性可知，人體也是一個(gè)熱體，人體都有恒定的體溫，一般根據(jù)這一特性可知，人體也是一個(gè)熱體，人體都有恒定的體溫，一般在在36-3736-37度度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)，所以會(huì)發(fā)出特定

5、波長(zhǎng)7-107-10微米左右的紅外線，根據(jù)這一微米左右的紅外線，根據(jù)這一特性，可以制造出相應(yīng)的波段敏感的紅外傳感器探測(cè)人體的存在。特性，可以制造出相應(yīng)的波段敏感的紅外傳感器探測(cè)人體的存在。根據(jù)被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的根據(jù)被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的1010微米左右的紅外線而進(jìn)微米左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的行工作的。人體發(fā)射的1010微米左右的紅外線通過(guò)菲泥爾濾光片增強(qiáng)后微米左右的紅外線通過(guò)菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷

6、平衡，向外釋放電接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生產(chǎn)生檢測(cè)檢測(cè)信號(hào)。信號(hào)。目前該方法因成本低廉，可應(yīng)用技術(shù)成熟，在安防報(bào)警等人體檢測(cè)領(lǐng)目前該方法因成本低廉，可應(yīng)用技術(shù)成熟，在安防報(bào)警等人體檢測(cè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。域得到廣泛應(yīng)用。紅外熱釋電傳感器如右圖：紅外熱釋電傳感器如右圖：熱熱釋電傳感器利用熱釋電效應(yīng)，是一種溫度敏釋電傳感器利用熱釋電效應(yīng)，是一種溫度敏感傳感器。當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)溫度有感傳感器。當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)溫度有T T的的變化時(shí)，熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上會(huì)產(chǎn)生電變化時(shí)，熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上會(huì)產(chǎn)生電荷

7、荷Q Q，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓V V。當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí)，當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí)，T=0T=0，傳感器無(wú)輸，傳感器無(wú)輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)時(shí)，因人體溫度與環(huán)境出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)時(shí)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生溫度有差別，產(chǎn)生T T，則有信號(hào)輸出；若人，則有信號(hào)輸出；若人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)后不動(dòng)，體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)后不動(dòng)，Q Q隨著空氣電離消失，隨著空氣電離消失，則溫度沒(méi)有變化，傳感器也沒(méi)有輸出，所以這則溫度沒(méi)有變化，傳感器也沒(méi)有輸出，所以這種傳感器能檢測(cè)人體或者動(dòng)物的活動(dòng)。由于傳種傳感器能檢測(cè)人體或者動(dòng)物的活動(dòng)。由于傳感器的探測(cè)角度和距離的限制，通常會(huì)通過(guò)增感器

8、的探測(cè)角度和距離的限制，通常會(huì)通過(guò)增加菲涅耳透鏡，把紅外光線分成可見(jiàn)區(qū)和盲區(qū)，加菲涅耳透鏡，把紅外光線分成可見(jiàn)區(qū)和盲區(qū)，同時(shí)又有聚焦的作用，使熱釋電人體紅外傳感同時(shí)又有聚焦的作用，使熱釋電人體紅外傳感器器 （PIRPIR） 靈敏度大大增加，可以提高傳感靈敏度大大增加，可以提高傳感器的靈敏度器的靈敏度。1 1、敏感元件：、敏感元件：是是用熱釋電人體紅外材料用熱釋電人體紅外材料( (通常是鋯鈦酸鋁通常是鋯鈦酸鋁) )制成的，先把熱釋電材料制成很小的薄片，制成的，先把熱釋電材料制成很小的薄片，再在薄片兩面鍍上電極，構(gòu)成兩個(gè)串聯(lián)的再在薄片兩面鍍上電極，構(gòu)成兩個(gè)串聯(lián)的有極性的小電容器。將極性相反的兩個(gè)敏

9、有極性的小電容器。將極性相反的兩個(gè)敏感元做在同一晶片上，是為了抑制由于環(huán)感元做在同一晶片上，是為了抑制由于環(huán)境與自身溫度變化而產(chǎn)生熱釋電信號(hào)的干境與自身溫度變化而產(chǎn)生熱釋電信號(hào)的干擾擾，如右圖所，如右圖所示。而熱釋電人體紅外傳感示。而熱釋電人體紅外傳感器在實(shí)際使用時(shí)，前面要安裝透鏡，通過(guò)器在實(shí)際使用時(shí)，前面要安裝透鏡，通過(guò)透鏡的外來(lái)紅外輻射只會(huì)聚在一個(gè)敏感元透鏡的外來(lái)紅外輻射只會(huì)聚在一個(gè)敏感元上，以增強(qiáng)接收信號(hào)。熱釋電人體紅外傳上，以增強(qiáng)接收信號(hào)。熱釋電人體紅外傳感器的特點(diǎn)是它只在由于外界的輻射而引感器的特點(diǎn)是它只在由于外界的輻射而引起它本身的溫度變化時(shí)，才給出一個(gè)相應(yīng)起它本身的溫度變化時(shí)，才

10、給出一個(gè)相應(yīng)的電信號(hào)，當(dāng)溫度的變化趨于穩(wěn)定后就再的電信號(hào)，當(dāng)溫度的變化趨于穩(wěn)定后就再?zèng)]有信號(hào)輸出，所以說(shuō)熱釋電信號(hào)與它本沒(méi)有信號(hào)輸出，所以說(shuō)熱釋電信號(hào)與它本身的溫度的變化率身的溫度的變化率成正比。成正比。熱釋電人體紅外傳感器熱釋電人體紅外傳感器(PIP)(PIP)一般都采用一般都采用差動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)，由敏感元件、場(chǎng)效應(yīng)管，差動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)，由敏感元件、場(chǎng)效應(yīng)管，高值電阻等組成。高值電阻等組成。2 2、場(chǎng)效應(yīng)、場(chǎng)效應(yīng)管和高阻值管和高阻值電阻：電阻：通常通常敏感元件材料阻值高達(dá)敏感元件材料阻值高達(dá)1010的的1313次方歐姆。因此，要用場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)次方歐姆。因此，要用場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換，場(chǎng)效應(yīng)管行阻抗變換

11、，場(chǎng)效應(yīng)管常用來(lái)常用來(lái)構(gòu)成源極跟隨器，高阻值電阻構(gòu)成源極跟隨器，高阻值電阻RgRg的作用的作用是釋放柵極電荷，使場(chǎng)效應(yīng)管正常工作。一般在源極輸出接法下，源是釋放柵極電荷，使場(chǎng)效應(yīng)管正常工作。一般在源極輸出接法下，源極電壓約為極電壓約為0.40.41.0V1.0V。通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管，傳感器輸出信號(hào)就能用普通。通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管，傳感器輸出信號(hào)就能用普通放大器進(jìn)行處理。放大器進(jìn)行處理。3 3、濾光窗：濾光窗：熱熱釋電人體紅外傳感器中的敏感元件是一種廣譜材料，能探測(cè)各種波釋電人體紅外傳感器中的敏感元件是一種廣譜材料，能探測(cè)各種波長(zhǎng)輻射。為了使傳感器對(duì)人體最敏感，而對(duì)太陽(yáng)、電燈光等有抗干擾長(zhǎng)輻射。為了使傳感器對(duì)

12、人體最敏感，而對(duì)太陽(yáng)、電燈光等有抗干擾性，傳感器采用了濾光片作窗口，即濾光窗。濾光片是在性，傳感器采用了濾光片作窗口，即濾光窗。濾光片是在S S基板上鍍基板上鍍多層膜做成多層膜做成的的。人體輻射的紅外線最強(qiáng)的波長(zhǎng)正好在濾光片的響應(yīng)波人體輻射的紅外線最強(qiáng)的波長(zhǎng)正好在濾光片的響應(yīng)波長(zhǎng)長(zhǎng)7.5147.514微米的中心處。故濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線通過(guò)，微米的中心處。故濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線通過(guò)，而阻止太陽(yáng)光、燈光等可見(jiàn)光中的紅外線通過(guò)，免除干擾。所以，而阻止太陽(yáng)光、燈光等可見(jiàn)光中的紅外線通過(guò)，免除干擾。所以，熱熱釋電人體紅外傳感器只對(duì)人體和近似人體體溫的物體有敏感作用。釋電人體紅外

13、傳感器只對(duì)人體和近似人體體溫的物體有敏感作用。熱釋電人體紅外傳感器只有配合菲涅爾透鏡使用才能發(fā)揮最大作用。熱釋電人體紅外傳感器只有配合菲涅爾透鏡使用才能發(fā)揮最大作用。不加菲涅爾透鏡時(shí)，該傳感器的探測(cè)半徑可能不足不加菲涅爾透鏡時(shí)，該傳感器的探測(cè)半徑可能不足2m2m，配上菲涅爾，配上菲涅爾透鏡則可達(dá)透鏡則可達(dá)10m10m，甚至更遠(yuǎn)。菲涅爾透鏡是用普遍的聚乙烯制成的，甚至更遠(yuǎn)。菲涅爾透鏡是用普遍的聚乙烯制成的，安裝在傳感器的前面。菲涅爾透鏡實(shí)際是一個(gè)透鏡組，當(dāng)光線通過(guò)安裝在傳感器的前面。菲涅爾透鏡實(shí)際是一個(gè)透鏡組，當(dāng)光線通過(guò)透鏡單元后，在其反面則形成明暗相間的可見(jiàn)區(qū)和盲區(qū)。每個(gè)透鏡透鏡單元后，在其反

14、面則形成明暗相間的可見(jiàn)區(qū)和盲區(qū)。每個(gè)透鏡單元只有一個(gè)很小的視場(chǎng)角，視場(chǎng)角內(nèi)為可見(jiàn)區(qū)，之外為盲區(qū)。而單元只有一個(gè)很小的視場(chǎng)角，視場(chǎng)角內(nèi)為可見(jiàn)區(qū)，之外為盲區(qū)。而相鄰的兩個(gè)單元透鏡的視場(chǎng)既不連續(xù)，更不交疊，卻都相隔一個(gè)盲相鄰的兩個(gè)單元透鏡的視場(chǎng)既不連續(xù)，更不交疊，卻都相隔一個(gè)盲區(qū)。當(dāng)人體在這一監(jiān)視范圍中運(yùn)動(dòng)時(shí)，順次地進(jìn)入某一單元透鏡的區(qū)。當(dāng)人體在這一監(jiān)視范圍中運(yùn)動(dòng)時(shí)，順次地進(jìn)入某一單元透鏡的視場(chǎng)，又走出這一視場(chǎng)，熱釋電傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)的人體一會(huì)兒看到，視場(chǎng)，又走出這一視場(chǎng)，熱釋電傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)的人體一會(huì)兒看到，一會(huì)又看不到，再過(guò)一會(huì)兒又看到，然后又看不到，于是人體的紅一會(huì)又看不到，再過(guò)一會(huì)兒又看到，然后又

15、看不到，于是人體的紅外線輻射不斷改變熱釋電體的溫度，使它輸出一個(gè)又一個(gè)相應(yīng)的信外線輻射不斷改變熱釋電體的溫度，使它輸出一個(gè)又一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)。輸出信號(hào)的頻率大約為號(hào)。輸出信號(hào)的頻率大約為0.110Hz0.110Hz，這一頻率范圍由菲涅爾透鏡、，這一頻率范圍由菲涅爾透鏡、人體運(yùn)動(dòng)速度和熱釋電人體紅外傳感器本身的特性決定。根據(jù)一特人體運(yùn)動(dòng)速度和熱釋電人體紅外傳感器本身的特性決定。根據(jù)一特性，可以探測(cè)有物體移動(dòng)，產(chǎn)生探測(cè)信號(hào)。性，可以探測(cè)有物體移動(dòng)，產(chǎn)生探測(cè)信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 傳感器以及外圍電路構(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格傳感器以及外圍電路構(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、技術(shù)性能低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定。穩(wěn)定。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)： 1 1、容

16、易、容易受各種熱源、光源干擾受各種熱源、光源干擾 ，被動(dòng)，被動(dòng)紅外穿紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。探頭接收。 2 2、易、易受射頻輻射的干擾。受射頻輻射的干擾。 3 3、環(huán)境溫度、環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)和靈敏和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈。度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈。 4 4、紅外線、紅外線熱釋電傳感器對(duì)人體的敏感程度還熱釋電傳感器對(duì)人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對(duì)于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感器對(duì)于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感, , 而對(duì)于

17、橫切方而對(duì)于橫切方向向 ( (即與半徑垂直的方向即與半徑垂直的方向) )移動(dòng)則最為移動(dòng)則最為敏感。敏感。 5 5、紅外線熱釋電傳感器敏感元件上的、紅外線熱釋電傳感器敏感元件上的由于溫由于溫度變化引起的度變化引起的Q Q由于由于空氣空氣電離作用電離作用，會(huì)慢慢，會(huì)慢慢抵消，因此對(duì)于抵消，因此對(duì)于緩慢的緩慢的變化溫度場(chǎng)傳感器變化溫度場(chǎng)傳感器則沒(méi)則沒(méi)有有響應(yīng)，所以響應(yīng)，所以PIRPIR傳感器僅對(duì)傳感器僅對(duì)人體人體移動(dòng)快的，移動(dòng)快的，且環(huán)境溫度與人體溫度差異大的地方才會(huì)比較且環(huán)境溫度與人體溫度差異大的地方才會(huì)比較靈敏。靈敏。紅外線紅外線熱釋電人體熱釋電人體傳感器由于抗干擾能力較差，因此只能傳感器由于抗干擾能力較差，因此只能安裝在室內(nèi)，安裝在室內(nèi)，其誤報(bào)率與安裝的位置和方式有極大的其誤報(bào)率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系。關(guān)系。正確正確的安裝應(yīng)滿足下列條件的安裝應(yīng)滿足下列條件： 1 1。紅外線熱釋電傳感器。紅外線