被動式紅外人體探測傳感器

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

2、氣囊，汽車安全應(yīng)用汽車安全氣囊，汽車安全應(yīng)用 （4 4）紅外成像）紅外成像& &視頻成像檢測視頻成像檢測 安防監(jiān)控等領(lǐng)域安防監(jiān)控等領(lǐng)域 電場傳感器一種新型的物體探測器件，它發(fā)射一定頻率的電場波，通過測量布置在被測物體周圍的多個個電極空間上分布電容的微小變化來得到被測物體的位置、大小和相對位移變化信息。電場傳感器可以方便地用于非接觸探測高度等信息，以及在汽車安全系統(tǒng)中探測座位上人的位置及體積等信息。電傳感器在人體探測場合應(yīng)用也較多，這個現(xiàn)在在高檔汽車的人體探測中應(yīng)用很廣泛，類似多相流檢測領(lǐng)域的電容層析成像（ECT），在安全氣囊彈出上應(yīng)用很多，可探測是小孩還是大人，以防安全氣囊對小

3、孩或者人造成傷害，多用于高檔汽車，該原理能夠探測物體的形狀等信息，較為精確，因需要使用多個極板，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，微波多普勒人體探測，這個就是在救災(zāi)是常用的生命探測儀的原理，這個根據(jù)的是微波多普列效應(yīng)，探測人的心跳和體格運(yùn)動來探測人的生命體征。這個檢測很準(zhǔn)確，通過微波發(fā)射檢測，檢測物體微動十分精確靈敏，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，這個是比較好的方法，這個也比較容易實(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，還要有處理器對成像信號進(jìn)行比對，通過

4、比對圖像差異來確定是否有人或者物體進(jìn)入，該方法能夠探測較小的位移，能夠?qū)崿F(xiàn)人體的大小，形狀等辨別，但是這個方法成本也很高，這個需要很好的硬件和軟件來實(shí)現(xiàn)鑒別算法！在自然界，任何高于絕對溫度（在自然界，任何高于絕對溫度（- 273- 273度）時物體都將產(chǎn)生紅外光譜，度）時物體都將產(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是不一樣的，因此紅外波長與溫度的高低是相關(guān)的。長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，人體也是一個熱體，人體都有恒定的體溫，一般在在36-3736

5、-37度，所以會發(fā)出特定波長度，所以會發(fā)出特定波長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人體的存在。 根據(jù)被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的根據(jù)被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的1010微米左右的微米左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的1010微米左右的紅外線通微米左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源過菲泥爾濾光片增強(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，這種元件在接收到人體紅外輻射溫通常采

6、用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生檢測信號。路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生檢測信號。 目前該方法因成本低廉，可應(yīng)用技術(shù)成熟，在安防報警等目前該方法因成本低廉，可應(yīng)用技術(shù)成熟，在安防報警等人體檢測領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。人體檢測領(lǐng)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：熱釋電傳感器利用熱釋電效應(yīng)，是一種溫度熱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)測范圍內(nèi)溫度有敏感傳感器。當(dāng)傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有T T的變化時，熱釋電效應(yīng)會在兩個電極上的

7、變化時，熱釋電效應(yīng)會在兩個電極上會產(chǎn)生電荷會產(chǎn)生電荷Q Q，即在兩電極之間產(chǎn)生一微，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓弱電壓V V。當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，。當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，T=0T=0，傳感器無輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū)時，因人傳感器無輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū)時，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生T T，則有，則有信號輸出；若人體進(jìn)入檢測區(qū)后不動，信號輸出；若人體進(jìn)入檢測區(qū)后不動，Q Q隨著空氣電離消失，則溫度沒有變化，傳感隨著空氣電離消失，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測人體器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測人體或者動物的活動。由于傳感器的探測角度和

8、或者動物的活動。由于傳感器的探測角度和距離的限制，通常會通過增加菲涅耳透鏡，距離的限制，通常會通過增加菲涅耳透鏡，把紅外光線分成可見區(qū)和盲區(qū)，同時又有聚把紅外光線分成可見區(qū)和盲區(qū)，同時又有聚焦的作用，使熱釋電人體紅外傳感器焦的作用，使熱釋電人體紅外傳感器 （PIRPIR） 靈敏度大大增加，可以提高傳感器的靈敏度。靈敏度大大增加，可以提高傳感器的靈敏度。1、敏感元件：、敏感元件：是用熱釋電人體紅外材料是用熱釋電人體紅外材料( (通常是鋯鈦酸通常是鋯鈦酸鋁鋁) )制成的，先把熱釋電材料制成很小的制成的，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)成兩個薄片，再在薄片兩面鍍上電極，構(gòu)成兩個

9、串聯(lián)的有極性的小電容器。將極性相反的串聯(lián)的有極性的小電容器。將極性相反的兩個敏感元做在同一晶片上，是為了抑制兩個敏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)生熱釋電信由于環(huán)境與自身溫度變化而產(chǎn)生熱釋電信號的干擾，如右圖所示。而熱釋電人體紅號的干擾，如右圖所示。而熱釋電人體紅外傳感器在實(shí)際使用時，前面要安裝透鏡，外傳感器在實(shí)際使用時，前面要安裝透鏡，通過透鏡的外來紅外輻射只會聚在一個敏通過透鏡的外來紅外輻射只會聚在一個敏感元上，以增強(qiáng)接收信號。熱釋電人體紅感元上，以增強(qiáng)接收信號。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外傳感器的特點(diǎn)是它只在由于外界的輻射而引起它本身的溫度變

10、化時，才給出一個而引起它本身的溫度變化時，才給出一個相應(yīng)的電信號，當(dāng)溫度的變化趨于穩(wěn)定后相應(yīng)的電信號，當(dāng)溫度的變化趨于穩(wěn)定后就再沒有信號輸出，所以說熱釋電信號與就再沒有信號輸出，所以說熱釋電信號與它本身的溫度的變化率成正比。它本身的溫度的變化率成正比。熱釋電人體紅外傳感器熱釋電人體紅外傳感器(PIP)(PIP)一般都采一般都采用差動平衡結(jié)構(gòu)，由敏感元件、場效應(yīng)用差動平衡結(jié)構(gòu)，由敏感元件、場效應(yīng)管，高值電阻等組成。管，高值電阻等組成。2 2、場效應(yīng)管和高阻值電阻：、場效應(yīng)管和高阻值電阻：通常敏感元件材料阻值高達(dá)通常敏感元件材料阻值高達(dá)1010的的1313次方歐姆。因此，要用場效應(yīng)管進(jìn)次方歐姆。因

11、此，要用場效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換，場效應(yīng)管常用來構(gòu)成源極跟隨器，高阻值電阻行阻抗變換，場效應(yīng)管常用來構(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。通過場效應(yīng)管，傳感器輸出信號就能用普通。通過場效應(yīng)管，傳感器輸出信號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，能探測各種波熱釋電人體紅外傳感器中的敏感元件是一種廣譜材料，能探測各種波長輻射。為了使傳感器對人體最敏感，

12、而對太陽、電燈光等有抗干擾長輻射。為了使傳感器對人體最敏感，而對太陽、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的。人體輻射的紅外線最強(qiáng)的波長正好在濾光片的響應(yīng)波多層膜做成的。人體輻射的紅外線最強(qiáng)的波長正好在濾光片的響應(yīng)波長長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，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，而阻止太陽光、燈光等可見光中的紅外線通過，免除干擾。所以，而阻止太陽光、燈光等可見光中的紅外線通過，免除干擾。所以，熱熱釋電人體紅外傳感器只

13、對人體和近似人體體溫的物體有敏感作用。釋電人體紅外傳感器只對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，該傳感器的探測半徑可能不足不加菲涅爾透鏡時，該傳感器的探測半徑可能不足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)際是一個透鏡組，當(dāng)光線通過安裝在傳感器的前面。菲涅爾透鏡實(shí)際是一個透鏡組，當(dāng)光線通過透鏡單元后，在其反面則形成

14、明暗相間的可見區(qū)和盲區(qū)。每個透鏡透鏡單元后，在其反面則形成明暗相間的可見區(qū)和盲區(qū)。每個透鏡單元只有一個很小的視場角，視場角內(nèi)為可見區(qū)，之外為盲區(qū)。而單元只有一個很小的視場角，視場角內(nèi)為可見區(qū)，之外為盲區(qū)。而相鄰的兩個單元透鏡的視場既不連續(xù)，更不交疊，卻都相隔一個盲相鄰的兩個單元透鏡的視場既不連續(xù)，更不交疊，卻都相隔一個盲區(qū)。當(dāng)人體在這一監(jiān)視范圍中運(yùn)動時，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)動時，順次地進(jìn)入某一單元透鏡的視場，又走出這一視場，熱釋電傳感器對運(yùn)動的人體一會兒看到，視場，又走出這一視場，熱釋電傳感器對運(yùn)動的人體一會兒看到，一會又看不到，再過一會兒又看到，然后又看不到，

15、于是人體的紅一會又看不到，再過一會兒又看到，然后又看不到，于是人體的紅外線輻射不斷改變熱釋電體的溫度，使它輸出一個又一個相應(yīng)的信外線輻射不斷改變熱釋電體的溫度，使它輸出一個又一個相應(yīng)的信號。輸出信號的頻率大約為號。輸出信號的頻率大約為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，可以探測有物體移動，產(chǎn)生探測信號。性，可以探測有物體移動，產(chǎn)生探測信號。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 傳感器以及外圍電路構(gòu)造簡單、價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定。傳感器以及外圍電路構(gòu)造簡單

16、、價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)： 1 1、容易受各種熱源、光源干擾、容易受各種熱源、光源干擾 ，被，被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。易被遮擋，不易被探頭接收。 2 2、易受射頻輻射的干擾。、易受射頻輻射的干擾。 3 3、環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探、環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。失靈。 4 4、紅外線熱釋電傳感器對人體的敏、紅外線熱釋電傳感器對人體的敏感程度還和人的運(yùn)動方向關(guān)系很大。感程度還和人的運(yùn)動方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對于徑向移動反紅外線熱釋電傳感

17、器對于徑向移動反應(yīng)最不敏感應(yīng)最不敏感, , 而對于橫切方向而對于橫切方向 ( (即與即與半徑垂直的方向半徑垂直的方向) )移動則最為敏感。移動則最為敏感。 5 5、紅外線熱釋電傳感器敏感元件上、紅外線熱釋電傳感器敏感元件上的由于溫度變化引起的的由于溫度變化引起的Q Q由于空氣由于空氣電離作用，會慢慢抵消，因此對于緩電離作用，會慢慢抵消，因此對于緩慢的變化溫度場傳感器則沒有響應(yīng)，慢的變化溫度場傳感器則沒有響應(yīng)，所以所以PIRPIR傳感器僅對傳感器僅對人體移動快的，人體移動快的，且環(huán)境溫度與人體溫度差異大的地且環(huán)境溫度與人體溫度差異大的地方才會比較靈敏。方才會比較靈敏。紅外線熱釋電人體傳感器由于抗干擾能力較差，因此只能安裝在室內(nèi)，紅外線熱釋電人體傳感器由于抗干擾能力較差，因此只能安裝在室內(nèi)，其誤報率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系。其誤報率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系。正確的安裝應(yīng)滿足下列條件：正確的安裝應(yīng)滿足下列條件： 1 1。紅外線熱釋電傳感器應(yīng)面