熱釋電紅外傳感器原理教程黃琛整理

熱釋電紅外裝置多處資料來(lái)自網(wǎng)絡(luò)整合處理：粵東高級(jí)技工學(xué)校黃琛熱釋電紅外傳感(一)熱釋電紅外傳感的應(yīng)用(二)熱釋電紅外傳感器的工作原理(三)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

1.“有電，危險(xiǎn)”安全警示電路用于有電的場(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。

2.自動(dòng)門主要用于銀行、賓館。當(dāng)有人來(lái)到時(shí)，大門自動(dòng)打開，人離開后又自動(dòng)關(guān)閉。

3.紅外線防盜報(bào)警器用于銀行、辦公樓、家庭等場(chǎng)合的防盜報(bào)警。

4.高速公路車輛車流計(jì)數(shù)器

5.自動(dòng)開、關(guān)的照明燈，人體接近自動(dòng)開關(guān)等。熱釋電紅外傳感器的工作原理1.光譜基礎(chǔ)2.人體輻射3.熱釋電核心探頭

(二)紅外傳感器的工作原理光譜基礎(chǔ)

紅外線屬于一種電磁射線，其特性等同于無(wú)線電或X射線。人眼可見的光波是380nm-780nm，發(fā)射波長(zhǎng)為780nm-1mm的長(zhǎng)射線稱為紅外線紅外傳感器的工作原理 人體輻射?任何發(fā)熱體都會(huì)產(chǎn)生紅外線

輻射的紅外線波長(zhǎng)跟物體溫度有關(guān)。表面溫度越高,輻射能量越強(qiáng)。?最強(qiáng)波長(zhǎng)和溫度的關(guān)系滿足λm*T=2989（um.k）?人體的正常體溫為36~37.5。C，其輻射的最強(qiáng)的紅外線的波長(zhǎng)為9.67~9.64um，中心波長(zhǎng)為 9.65um。其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化產(chǎn)生正、負(fù)電荷,隨溫度的變化而變化。紅外傳感器的工作原理 熱釋電核心探頭

熱電元熱釋電紅外傳感器由傳感探測(cè)元、干涉濾光片和場(chǎng)效應(yīng)管匹配器三部分組成。紅外傳感器的工作原理 熱釋電核心探頭Ｄ端接電源正極，Ｇ端接電源負(fù)極，Ｓ端為信號(hào)輸出

熱電元

紅外傳感器的工作原理 熱釋電紅外探頭

熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場(chǎng)效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號(hào)，并不能直接使用,因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式,該電阻阻抗高達(dá)104ＭΩ，故引入的Ｎ溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式即源極跟隨器來(lái)完成阻抗變換。

濾光窗

----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7.0~14um波長(zhǎng)以外的紅外線。

人體正常體溫時(shí)，輻射的最強(qiáng)的紅外線的中心波長(zhǎng)為9.65um,正好落在濾光窗的響應(yīng)波長(zhǎng)（7~14um）中心。

傳感器只對(duì)移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的人體、體溫近似人體的物體起作用。 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 熱釋電紅外探頭

（1）人體經(jīng)過(guò)探頭先后被A源或被B源感應(yīng)，Sa<Sb或Sa>Sb產(chǎn)生差值，雙源失去互補(bǔ)平衡作用而很敏感地產(chǎn)生信號(hào)輸出，見圖（3C）。（2）人對(duì)著探頭呈垂直狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，Sa=Sb不產(chǎn)生差值，雙源很難產(chǎn)生信號(hào)輸出。紅外傳感器的工作原理

徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感,

而對(duì)于橫切方向(即與半徑垂直的方向)移動(dòng)則最為敏感.

在現(xiàn)場(chǎng)選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報(bào)、求得最佳檢測(cè)靈敏度極為重要的一環(huán)。聚光系統(tǒng)菲涅爾鏡片

菲涅爾鏡片的原理和應(yīng)用

各式各樣的菲涅爾鏡片

菲涅爾鏡片是紅外線探頭的“眼鏡”，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，致使用戶或者開發(fā)者對(duì)其失去信心。配用得當(dāng)充分發(fā)揮人體感應(yīng)的作用，使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。菲涅爾透鏡的作用有兩個(gè)： 一是聚焦作用，即將探測(cè)空間的紅外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)半徑不足2米，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)傳感器的探測(cè)半徑可達(dá)到10米。聚集能量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)物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化的熱釋紅外信號(hào)。

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。菲涅爾鏡片的原理和應(yīng)用

當(dāng)人進(jìn)入感應(yīng)范圍，人體釋放的紅外光透過(guò)鏡片被聚集在遠(yuǎn)距離A區(qū)或中距離B區(qū)或近距離C區(qū)的某個(gè)段的同心環(huán)上，同心環(huán)與紅外線探頭有一個(gè)適當(dāng)?shù)慕咕?，紅外光正好被探頭接收，探頭將光信號(hào)變成電信號(hào)送入電子電路驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。整個(gè)接收人體紅外光的方式也被稱為被動(dòng)式紅外活動(dòng)目標(biāo)探測(cè)器。在該探測(cè)技術(shù)中，所謂“被動(dòng)”是指探測(cè)器本身不發(fā)出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量變化來(lái)完成探測(cè)目的。被動(dòng)紅外報(bào)警器特點(diǎn)：能夠響應(yīng)入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)所引起的紅外輻射變化，并能使監(jiān)控報(bào)警器產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，從而完成報(bào)警功能。重要概念練習(xí)作業(yè)：1、請(qǐng)用自己的語(yǔ)言簡(jiǎn)單的敘述一下你認(rèn)為熱釋電紅外系統(tǒng)可以應(yīng)用在哪些地方。（請(qǐng)勿和課本中重復(fù)，并至少舉出3個(gè)例子）2、請(qǐng)分析一下以下的幾個(gè)位置安裝的熱釋電監(jiān)控裝置探測(cè)效果好不好并說(shuō)明為什么。A、動(dòng)物園的蛇展覽館，監(jiān)控蛇是否逃走。B、東莞某桑拿中心，監(jiān)控顧客是否長(zhǎng)時(shí)間未離開桑拿房（防止暈死）。C、學(xué)校計(jì)算機(jī)房防盜檢測(cè)。D、槍械射擊場(chǎng)靶區(qū)，人員遠(yuǎn)離監(jiān)控。熱釋電紅外傳感器電路應(yīng)用設(shè)計(jì)1.熱釋電應(yīng)用電路原理圖2.典型電路設(shè)計(jì)分析(一)3.典型電路設(shè)計(jì)分析(二)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(一)具體電路應(yīng)用設(shè)計(jì)分析(一)

[電路工作原理]

探頭接收到人體釋放的熱釋紅外信號(hào),經(jīng)VT1、IC2兩級(jí)放大,輸入電壓比較器IC3。其中RP為參考電壓調(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。平時(shí)，參考電壓（IC3的（2）腳電壓）高于IC2的輸入電壓（IC3的（3）腳電壓），IC3輸出低電平。

當(dāng)有人進(jìn)入探測(cè)范圍時(shí)，探頭輸出探測(cè)電壓，經(jīng)VT1和IC2放大后使信號(hào)輸出電壓高于參考電壓，這時(shí)IC3的（6）腳輸出高電平，三極管VT2導(dǎo)通，繼電器J1能通電吸合，接通開關(guān)。具體電路應(yīng)用設(shè)計(jì)分析(一)

電路中VT3、C7、R8、~R10組成開機(jī)延時(shí)電路。當(dāng)開機(jī)時(shí)，開機(jī)人的感應(yīng)會(huì)使IC3輸出高電平，造成誤觸發(fā)。 開機(jī)延時(shí)電路在開機(jī)的瞬間，由電容C7的充電作用而使VT3導(dǎo)通，這樣就使IC3輸出的高電平經(jīng)VT3通地，VT2可以保持截狀態(tài)，防止了開機(jī)誤觸發(fā)。開機(jī)延時(shí)時(shí)間由C7與R8的時(shí)間常數(shù)決定，本例約20秒。典型電路設(shè)計(jì)分析(一)[元件選用]

IC2、IC3選用高輸入阻抗的運(yùn)算放大器CA3140，很適合于作微弱信號(hào)的放大級(jí)。[電路調(diào)試]

電路調(diào)試主要是調(diào)節(jié)電位器RB，選擇合適的參考電壓，以達(dá)到最佳靈敏度。具體電路應(yīng)用設(shè)計(jì)分析(二)BISS0001BISS0001

典型應(yīng)用（95頁(yè)）具體電路應(yīng)用設(shè)計(jì)分析(二)紅外熱釋電處理芯片BISS0001

（94頁(yè)） 上圖中，運(yùn)算放大器OP1將熱釋電紅外傳感器的輸出信號(hào)作第一級(jí)放大，然后由C3耦合給運(yùn)算放大器OP2進(jìn)行第二級(jí)放大，再經(jīng)由電壓比較器COP1和COP2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號(hào)Vs去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器，輸出信號(hào)Vo經(jīng)晶體管T1放大驅(qū)動(dòng)繼電器去接通負(fù)載。課本110頁(yè)圖熱釋電自動(dòng)節(jié)能燈熱釋電控制自動(dòng)節(jié)能燈工作原理分析：熱釋電傳感器輸出的探測(cè)信號(hào)十分微弱，要使這種信號(hào)控制一個(gè)電路，必須要將其放大60~70dB，而且使用的放大器必須要限制在一定的帶寬內(nèi)，以防止噪聲對(duì)它的干擾。熱釋電控制自動(dòng)節(jié)能燈電路中的信號(hào)放大器由兩部分組成，第一部分是由lCla

、lClb

組成的兩級(jí)低頻帶通高增益放大器，第二部分是由lClc

和lCld

組成的雙限電壓比較器。NE555與Rll

、C7

組成一個(gè)脈沖啟動(dòng)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，一方面用來(lái)觸發(fā)雙向晶閘管VS，另一方面組成單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路，使電燈在人離開時(shí)延時(shí)一段時(shí)間后自動(dòng)關(guān)閉。

課本113頁(yè)圖嬰兒睡眠狀態(tài)監(jiān)控器本例介紹的嬰兒睡眠狀態(tài)監(jiān)視器是根據(jù)熱釋電紅外傳感器對(duì)移動(dòng)的人體具有探測(cè)作用，能夠使傳感器輸出探測(cè)信號(hào)，而對(duì)靜止的人體則無(wú)輸出信號(hào)的特點(diǎn)制作而成。嬰兒睡眠狀態(tài)良好時(shí)，身體安靜，傳感器無(wú)輸出信號(hào)；當(dāng)睡眠狀態(tài)不良時(shí)，必然會(huì)出現(xiàn)身體、手腳不停地活動(dòng)的現(xiàn)象。這樣傳感器便會(huì)有探測(cè)信號(hào)輸出。工作原理嬰兒睡眠狀態(tài)監(jiān)視器電路采用RDP-18作睡眠狀態(tài)監(jiān)測(cè)器，用監(jiān)測(cè)器輸出的信號(hào)去觸發(fā)音樂(lè)發(fā)聲電路，使其發(fā)出音樂(lè)信號(hào)，再通過(guò)調(diào)頻無(wú)線電發(fā)射電路將音樂(lè)信號(hào)發(fā)射出去，使正在忙家務(wù)的父母在遠(yuǎn)離嬰兒的地方來(lái)監(jiān)視其睡眠狀況。該監(jiān)視器電路由熱釋電紅外探測(cè)模塊控制的電源開關(guān)、模擬音樂(lè)聲發(fā)生和調(diào)頻無(wú)線電發(fā)射等部分電路組成，如圖所示。圖中，熱釋電紅外探測(cè)模塊RDP-18和三極管開關(guān)電路組成的電源開關(guān)電路，控制著模擬音樂(lè)聲發(fā)生電路KD9300和調(diào)頻無(wú)線電發(fā)射電路的工作電源。當(dāng)嬰兒睡眠良好時(shí)，電源開關(guān)電路不導(dǎo)通；當(dāng)嬰兒睡眠不良，身體或手腳發(fā)生移動(dòng)時(shí)，RDP-18輸出探測(cè)信號(hào)低電平，VTl導(dǎo)通，接通電源開關(guān)，使音樂(lè)電路和無(wú)線電發(fā)射電路開始工作。模擬音樂(lè)聲發(fā)生電路由KD9300組成，其內(nèi)部存儲(chǔ)有一首世界名曲，觸發(fā)一次發(fā)聲一次。它所發(fā)出的音樂(lè)信號(hào)由4腳輸出，經(jīng)C2藕合至調(diào)頻無(wú)線電發(fā)射電路VT2的基極，對(duì)載頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻后向外發(fā)射。KD9300的工作電壓為3V.調(diào)頻無(wú)線電發(fā)射電路由V12、L、C3、C6及R2、R3等組成調(diào)頻無(wú)線電發(fā)射電路，其發(fā)射頻率在調(diào)頻接收頻率范圍（88-108MHz）內(nèi)。在接收端，可將一個(gè)袖珍式調(diào)頻收音機(jī)裝在口袋中，這樣既不影響手中的工作，又可隨時(shí)監(jiān)聽嬰兒的睡眠狀態(tài)，十分方便。元器件選擇IC1宜選用浙江金華市江南無(wú)線電廠生產(chǎn)的新型熱釋電紅外傳感模塊RDP-18，該模女對(duì)外有6根彩色引線，各引出線的功能為：紅色線為電源正端，使用電源電壓范圍為6-9V;黃色線為外接延遲電容端，當(dāng)黃色線懸空時(shí)，模塊被觸發(fā)輸出脈沖寬度為電路內(nèi)定的30s，如在黃線與綠線之間并接電容器可以加大輸出脈沖寬度，即使輸出延遲時(shí)間增加；綠色線為外接延遲電阻端，當(dāng)黃、綠線間加接延遲電容時(shí)，需在綠色線與地之間加接延遲電阻，則輸出脈沖寬度由外接延遲電容與延遲電阻值共同決定，如果短接模塊的黃、綠線，則一旦模塊被觸發(fā)，輸出端一直有輸出，直到切斷電源為止；白色線為指示輸出端，可以直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管；藍(lán)色線為輸出端，因模塊內(nèi)部為集電極開路輸出，故為下拉式灌電流輸出，可以直接驅(qū)動(dòng)小型繼電器動(dòng)作；黑色線為地端，接電源負(fù)極。IC2選用內(nèi)部存儲(chǔ)有一首世界名曲的音樂(lè)集成電路KD93000VT1選用9012或3CG12型硅PNP中功率三極管，要求電流放大系數(shù)β＞100；VT2選用9018或3DG142型等超高頻、低噪聲小功率硅NPN三極管，要求電流放大系數(shù)β＞80,介）800MHz。VD選用一般紅色發(fā)光二極管。C1、C2選用CTI低頻瓷介電容器；C3一C7選用CT1高頻瓷介電容器。L用Φ0.8mm的漆包線在Φ5mm的芯棒上繞4匝，在距上端1匝處抽頭。SA用小型單刀單擲開關(guān)，G用4節(jié)5號(hào)干電池串聯(lián)（配塑料電池架）而成，電壓6V.制作與調(diào)試將所有電子元器件安裝在一塊自制的印制電路板上，并將其裝人大小合適的塑料或木制盒內(nèi)，在盒面上開孔固定好電源