热释电红外传感器的原理和应用
目录
前言 (2)
第一章设计思路 (2)
第二章热释电红外传感器的结构和原理 (3)
2.1 热释电红外传感器的基本结构 (3)
2.2 热释电红外传感器的原理 (4)
2.2.1 热释电效应 (4)
2.2.2 菲涅尔透镜的原理 (6)
2.3 热释电红外传感器的主要技术参数 (7)
第三章热释电红外传感器的相关电路 (7)
3.1 发射电路（编码电路） (7)
3.1.1 BISS0001芯片 (7)
3.1.2 编码集成电路VD5026 (11)
3.1.3 TWH8778的应用 (12)
3.1.4 无线电发射电路 (12)
3.2 接收电路 (13)
3.2.1 译码集成电路VD5027 (13)
第四章热释电红外传感器的应用 (14)
4.1 被动式红外报警器 (14)
4.1.1 被动式红外报警器的结构 (14)
4.1.2 被动式红外报警器的工作原理 (15)
4.1.3 被动式红外报警器的的安装要求 (15)
4.1.4被动式红外报警器的优缺点 (15)
4.2 无线/有线人体热释电红外探测器 (16)
4.2.1 被动式热释电红外探头的工作原理 (16)
4.2.2 被动式热释电红外探头的特性 (16)
4.2.3 被动式热释电红外探头的特点 (17)
设计总结 (17)
参考文献与资料 (18)
前言
热释电红外传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏探测原件。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。将这个信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如用于防盗防火报警系统，人体探测领域等。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，灵敏度高且与波长无关，容易使用，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。热释电红外传感器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。在电子防盗、人体探测器领域中，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。
第一章设计思路
此论文以热释电红外传感器的原理和应用为主线，从热释电红外传感器的发展和普遍应用为切入点，引出热释电红外传感器的结构和具体原理，并详细它的
相关电路，在阐述清楚热释电红外传感器的相关原理的基础上，具体介绍它的两种应用，即基于热释电红外传感器的报警系统和无线/有线人体热释电红外探测器。在介绍着两种应用的时候，本论文分别讲述了两种应用的结构原理，注意事项及其优缺点。
由于是毕业设计，在设计过程中要以电路原理为主题，因此在电路元件和模块的选择上尽量采用通用、基础的元器件，避免采用大规模的集成电路来设计电路。
第二章热释电红外传感器的结构和原理2.1 热释电红外传感器的基本结构
热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。
按照探测元的数目来分，热释电红外传感器有单元、双元和四元等几种，用于人体探测的红外传感器采用双元或四元式结构。按照热释电红外传感器的用途来分，有以下几种：用于测量温度的传感器，它的工作波长为1～20μm；用于火焰探测的传感器，它的工作波长为4.35±0.15μm；用于人体探测的传感器，它的工作波长为7～15μm。
将高热电材料制成一定厚度的薄片并在其两面镀上金属电极，然后加电进行极化，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。双探测元的热释电红外传感器将两极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的在于消除闭环境温度和自身变化起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号可在内部相互抵消的原理，使传感器起到补偿作用。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，因此传感器会输出探测信号电压。
用来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，在传感器的窗口上加装了一块干涉滤光片。这种滤光片除了允许某波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其他红外辐射拒之门外。
热释电红外探测元的阻抗很高，因此必须采用变换元件对其输出的信号进行阻抗变换后才能作为控制信号输出。通常使用具有高输人阻抗的场效应管，将其接成源极跟随器，使其变成低输出阻抗的控制信号，与放大器的输人端相匹配。这和驻极体话筒中采用场效应管进行阻抗变换的作用很相似，其中电阻R是用来释放场效应管的栅极电荷，使其正常工作的。
热释电红外传感器有两种封装形式，金属封装形式和为塑料封装形式。
2.2 热释电红外传感器的原理
2.2.1 热释电效应
自然界的任何物体，只要其温度高于绝对零度（－273℃），总是不断地向外发出红外辐射，并以光的速度传播能量。物体向外辐射红外辐射的能量与物体的温度和红外辐射的波长有关。假定物体发射红外辐射的峰值波长为λm，它的温度为T，则辐射能量等于红外辐射的峰值波长λm与物体温度T的乘积。这一乘积为一常数，即λm?T＝2998≈3000（μm?K）。
物体的温度越高，它所发射的红外辐射的峰值波长越小，发出红外辐射的能量也越大。某些被称为“铁电体”的电介质材料，如钛酸铅、硫酸三甘钛、钽酸锂等，受到红外辐射后其温度会升高，这种现象称为红外辐射的热效应。通常,电介质的内部是没有载流子的，因此它没有导电能力。但是任何电介质毫无例外地都是由带电粒子组成的，即自由电子和原子核组成的。在外加电压的作用下，这些带电粒子也要发生移动，带正电荷的粒子趋向负极，带负电荷的粒子趋向正
极。其结果是使电介质的一个表面带正电，另一个表面带负电，我们称这种现象为电极化。对于上述现象，某些铁电体电介质材料却是个例外，像上述的几种铁电体材料，当被极化后撤去外加电压时，这种极化现象仍然保留下来，这种现象被称为自发极化。自发极化的强度与温度相关，当温度升高时，极化强度降低。自发极化的铁电体平时靠捕捉大气中的浮游电荷保持平衡状态。在某些绝缘物质中，由于温度的变化引起极化状态改变的现象称为热释电效应。将释放出的电荷通过放大器放大后就成了一种控制信号，利用这一原理制成的红外传感器称为热释电红外传感器。
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。
如果红外辐射持续下去，电介质的温度就会升到新的平衡状态，表面电荷也同时达到平衡。这时它就不再释放电荷，也就不再有信号输出了，如图1所示。因此，对于这类热释电红外传感器，只有在红外辐射强度不断变化，它的内部温度随之不断升降的过程中，传感器才有信号输出，而在稳定状态下，输出信号则为零。因此在应用这类传感器时，应设法使红外辐射不断变化，这样才能使传感器不断有信号输出。为了满足这一要求，通常在热释电传感器的使用中，总是要在它的前面加装一个菲涅尔透镜。菲涅尔透镜下一节作重点介绍.
图1 电介质的热释电效应
2.2.2 菲涅尔透镜的原理
菲涅尔镜片是根据法国光物理学家FRESNEL发明的原理采用电镀模具工艺
和PE（聚乙烯）材料压制而成。镜片（0.5mm厚）表面刻录了一圈圈由小到大，向外由浅至深的同心圆，从剖面看似锯齿。圆环线多而密感应角度大，焦距远；圆环线刻录的深感应距离远，焦距近。红外光线越是靠进同心环光线越集中而且越强。同一行的数个同心环组成一个垂直感应区，同心环之间组成一个水平感应段。垂直感应区越多垂直感应角度越大；镜片越长感应段越多水平感应角度就越大。区段数量多被感应人体移动幅度就小，区段数量少被感应人体移动幅度就要大。不同区的同心圆之间相互交错，减少区段之间的盲区。区与区之间，段与段之间，区段之间形成盲区。由于镜片受到红外探头视场角度的制约，垂直和水平感应角度有限，镜片面积也有限。镜片从外观分类为：长形、方形、圆形，从功能分类为：单区多段、双区多段、多区多段。
当人进入感应范围，人体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离A区或中距离B区或近距离C区的某个段的同心环上，同心环与红外线探头有一个适当的焦距，红外光正好被探头接收，探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。整个接收人体红外光的方式也被称为被动式红外活动目标探测器。
镜片主要有三种颜色：一、聚乙烯材料原色，略透明，透光率好，不易变形。
二、白色主要用于适配外壳颜色。三、黑色用于防强光干扰。镜片还可以结合产
品外观注色，使产品整体更美观。
2.3 热释电红外传感器的主要技术参数
(1)响应度k
热释电红外传感器的响应度也称灵敏度，它的单位为V／W或μV／μW，它表明传感器的输出电压与输入的红外辐射功率之比。常用的热释电红外传感器，它的响应度一般为几百～几千伏／瓦。
(2) 响应波长范围
传感器的响应度k与人射红外辐射的波长λ有关，可用如图8所示曲线来表示，其中λp为峰值响应波长，响应度下降到峰值波长的一半时所对应的波长λ，c称为截止波长。
(3)噪声电压Vｎ
任何一种传感器都不同程度地存在着噪声电压，它是一种无法避免的、毫无规律的电压起伏。如果噪声电压过高，它的数值接近或已超过有用的信号电压，则该传感器就无法使用了。因此必须将传感器的噪声电压限制在一定的允许范围内。常见的热释电红外传感器的噪声电压的峰-峰值一般为几十至几百毫伏。(4) 等效噪声功率NEP
若辐射到传感器上的红外辐射功率所产生的有用输出电压恰与传感器本身
的噪声电压相等，此时的辐射功率称为等效噪声功率，即信噪比为1时所需要的输人功率。等效噪声功率仅是一个理论界限，并不意味着辐射功率大于NEP就可以检测出来。事实上，要检测出辐射信号的存在，辐射功率应是NEP的2～6倍。
(5) 探测度D
探测度的定义为等效噪声功率NEP的倒数，即D＝1／NEP。显然，D越大越好。实验发现，许多红外传感器的D和NEP均与探测元的有效面积A和放大器带宽Δ?有关，故引人归一化探测度：D＝（AΔ?）／NPE（cm?Hz）?
第三章热释电红外传感器的相关电路3.1 发射电路（编码电路）
热释电红外控制集成发射电路的作用不仅仅是将热释电红外传感器输出的
探测信号电压进行放大。该电路通过集成化制作技术，在电路内制作出具有各种功能的电路，因此使电路具有完全的控制功能。使用这种控制电路可使热释电红外控制电路结构简化，功能齐全，功耗降低，工作可靠，性能优良，组装方便.
3.1.1 BISS0001芯片
BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外
传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。它不仅能和热释电红外传感器的输出良好地匹配，而且也能和其他多种传感器进行匹配。它的内都是由运算放大器、电压比较器、与门电路、状态控制器、定时控制器、锁定时间控制器和禁止电路等组成。BISS0001采用16脚标准型塑料封装结构。①脚（A）为触发方式控制端，当A＝1时，电路可重复触发；当A＝0时，电路不可重复触发。②脚（V0）为控制信号输出端，当有传感信号输人时，V0输出高电平。③脚（RX）和④脚（CX）为输出定时控制器T，的外接元件端，定时时间为：TX＝50×103RXCX。⑤脚（Ri）和⑥脚Ci）为锁定时间控制器Υi的外接元件，锁定时间Ti＝24RiCi。⑧脚（VRF）为参考电压及复位端，使用时一般接VDD，若按ⅤSS，可使定时器复位。⑨脚（Vc）为触发禁止端，当VC＜VR时禁止触发；当VC＞VR时，允许触发，VR＝0.2VDD.⑩脚（IB）为偏置电流设置端，由外接电阻RB接ⅤSS端，RB一般取1MΩ的电阻。12脚（OUT2）和13脚（IN2-）分别为第二级运放的输出端和反相输人端。14脚（IN1+）和15净（IN1-）分别为第一运放的同相和反相输入端。16脚（OUT1）为第一运放的输出端。11脚（VDD）和7脚（VSS）分别为电源正、负端。
A VO RR1 RC1 RC2 RR2 VSS VFF/RESET
图2 BISS0001的管脚图
（1）BISS0001的特点
①CMOS工艺
②数模混合
③具有独立的高输入阻抗运算放大器
④内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰
⑤内设延迟时间定时器和封锁时间定时器⑥采用16脚DIP封装
（2）BISS0001的内部框图
图3 BISS0001内部框图
（3）BISS001的管脚说明如表1所示：
引脚名称I/O 功能说明
1 A A 可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重
复触发；反之；不可重复触发。
2 Vo O 控制信号输出端。由VS的上跳变沿触发，使Vo输出从低电平
跳变到高电平时视为有效触发。在输出延时时间Tx之外和无
VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。
3 RR1 RR1 输出延时时间Tx的调节端
4 RC1 RC1 输出延时时间Tx的调节端
5 RC2 RC2 触发封锁时间Ti的调节端
6 RR2 -- 触发封锁时间Ti的调节端
7 VSS -- 工作电源负端
8 VRF I 参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器
复位
9 VC I 触发终止端。当Vc
≈0.2VDD）
10 IB -- 运算放大器偏置电流设置端
11 VDD -- 工作电源正端
12 2OUT O 第二级运算放大器的输出端
13 2IN- I 第二级运算放大器的反相输入端
14 1IN+ I 第一级运算放大器的同相输入端
15 1IN- I 第一级运算放大器的反相输入端
16 1OUT O 第一级运算放大器的输出端
表1：BISS001的管脚说明
（4）BISS0001的参数如表2：
符号参数测试条件参数范围单位
Vm 电源电压-- -0.3 ~ 6.0 V
Vt/Vo 输入/输出电压-- VSS-0.3~VDD+0.3 V
Iout 最大输出电流Vm=5.0V 10 mA
Topr 工作温度-- -20~+70 摄氏度
Tstg 贮存温度-- -40~+125 摄氏度
表2：BISS0001的参数
（5）BISS0001的工作原理
BISS0001 是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。
我们以以图4所示的不可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。不可重复触发工作方式下的波形。首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM(≈0.5VDD)后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。由于VH≈0.7VDD、VL ≈0.3VDD，所以，当VDD=5V时，可有效抑制±1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。COP3是一个条件比较器。当输入电压VcVR时，COP3输出为高电平，进入延时周期。当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内，任何V2的变化都不能使Vo跳变为有效状态（高电平）,可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。
图4 BISS0001不可重复触发工作方式下的波形
以图5所示的可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。可重复触发工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期间，信号Vs不能触发Vo为有效状态。在Vc=“1”、A=“1”时，Vs可重复触发Vo为有效状态，并可促使Vo在Tx周期内一直保持有效状态。在Tx时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs 上跳变时刻起继续延长一个Tx周期；若Vs保持为“1”状态，则Vo一直保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态。
图5 BISS0001可重复触发工作方式下的波形
3.1.2 编码集成电路VD5026
VD5026是CMOS大规模数字集成电路,是一种8位编码发射器。它的第1~8脚是编码的输入端，每个输入端可以有3种状态，即“0”、“1”或“开路”，其中“0”表示为低电平，“1”表示为高电平，因此8个脚可以组成38=6561个不同的编码。如果需要更多的编码，可将输入端改为4态连接方式，这时第1脚是第4种状态的公共连接脚，第2脚~第8脚与第1脚连接时为第4种状态。所以第2脚~第8脚都可以有4种状态，即“0”、“1”、“开路”、“接1脚”。在这种情况下可以组成47=16384个编码。第10脚~第13脚也可作为编码地址线，与第1~第8脚联合起来组成12位编码地址线，这时编码数可高达411=4194304个。本文要介绍的是VD5026与VD5027配合应用，VD5026的第10~第13脚用作数据输入线，根据需要这几个脚可以置“0”或置“1”。第14脚是发射指令端，当此脚接地时，VD5026输出端则发出一组编码脉冲。第15脚、第16脚是一个内置振荡器，外接几十到几百千欧的电阻即可产生振荡，振荡频率为fosc=1600/R （KHz），式中R为外接电阻，单位为千欧。第17脚是编码输出端，第18脚、第9脚分别是电源的正、负极。脚管封装图如图6所示：
图6 VD5026脚管封装图
表3 VD5026/VD5027的电气特性参数
该编码集成电路工作电压范围较宽，其电气特性参数如表3，可以在2-6V 范围内正常工作，而且耗电极小，静态电流仅有1uA。集成电路内部含有振荡电路，不用再外加晶振。
3.1.3 TWH8778的应用
TWH8778的电路图如图7所示，其⑤脚为控制端，当该脚的电压大子开启电压(约1.6V)时，电子开关闭合，①、②脚接通。
图7 TWH8778的电路图
3.1.4 无线电发射电路
无线电发射电路采用集成化微行发射组件，该电路体积小，功能全，工作电源电压为6-12V，工作频率为100-400MHz其应用电路如图8所示。
图8发射电路
FD400在使用中，1脚接电源正端，2脚接地，3、4脚间接微调电容，用来调节发射频率，调节范围为100-400MHz。5脚为编码调制信号输入端。6、7脚间接振荡电感器，仅一匝，配合谐振。8脚接发射天线，此时发射距离为500m，若接入一段5-10m的天线，发射距离可达700m。
当热释电红外传感器接收到人体红外辐射后，BISS0001的输出端2脚输出高电平，将电子开关TWNH8778接通。编码电路和无线电发射电路得到工作电源，接收电路码电路VD5026将预置好的编码由17脚输出，由5脚输入发射电路
FD400，通过内部调制，从输出端8脚输出，由天线向外发射。
3.2 接收电路
3.2.1 译码集成电路VD5027
VD5027是CMOS大规模数字集成电路, VD5027接收解码器有相应于VD5026的12位信息。第1脚~第8脚是地址线。当VD5026发出的地址编码与VD5027预置的编码相同时，则在VD5027的第10脚~13脚有数据输出，该输出信息与VD5026的第10~第13脚所置的数据相同。第14脚为输入端，第15脚、第16脚是振荡器，外接电阻值应与VD5026完全相同。第17脚是输出端。编码器VD5026发射时，如果密码相同，VD5027就会输出高电平. 该译码集成电路工作电压范围较宽，可以在2-6V范围内正常工作，而且耗电极小，静态电流仅有1uA。集成电路内部含有振荡电路，不用再外加晶振。VD5027管角图如图9所示。
图9 VD5027管角图
该译码集成电路工作电压范围较宽，可以在2-6V范围内正常工作，而且耗电极小，静态电流仅有1uA。集成电路内部含有振荡电路，不用再外加晶振。3.2.2 无线电接收电路中JD400的应用
无线电接收电路JD400为单列8脚直插式结构，1脚为电源正端，工作电压为6-9V。2脚为接地端，3、4脚间接微调电容，5、6脚间振荡电感（仅一匝），电感与电容配合调谐，使其与发射机的频率一致。7脚为调制信号输出端，输出信号中的地址码和数据编码（本机中发射电路未设数据编码）。接收电路无需外接天线。JD400的管脚作用如图10所示。
图10 JD400
当JD400接收到由发射电路发送的编码调制信号后，通过内部解调处理后由7脚输出。该输出信号中包括了发射机发送的地址码和数据信号。将此信号由14脚输入译码电路VD5027中，经电路内译码的判断，若接收信号中的地址码与接收电路中的预置地址编码相同，则译码成功。
第四章热释电红外传感器的应用
4.1 被动式红外报警器
4.1.1 被动式红外报警器的结构
该报警系统采用热释电红外探测、微型强力无线电遥控组件JD400来传递呼
叫信号的无线电遥控防盗报警系统。探测发收电路全部采用集成微型软件，体积小，工作稳定可靠。
本电路由热释电探测与无线发射电路、无线电接收电路两部分组成。其中热释电探测与无线发射电路组成与4.1节所介绍的发射电路相似，它包括热释电红外探测电路、电子开关、数字编码电路和无线发射电路。
无线电接收系统参考4.2节介绍的接受电路,它包括接收电路、译码电路、报警电路。
4.1.2 被动式红外报警器的工作原理
该无线电编码防盗报警器由发射机及接收机两部分组成。发射机由人体热释电红外探测电路、编码电路及高频发射电路等组成。P2288-02 人体热释电红外传感器设置在被监测的房间内，可对房间实施全方位的监视。当探测到有人活动时，从P2288-02的S端输出探测信号并送入IC1专用电路进行处理。在IC1的内部设有两级可编程运放、双向窗口电压鉴别器、电压比较器、延时及状态控制电路等。当处理后确认为有盗贼活动时，IC1的②脚跳变为高电平，使IC2的功率电子开关导通，编码电路IC3及无线电发射模块IC4得电工作，向外发射编码的无线电报警信号。在IC4不接外部天线的条件下，发射信号的传输距离可达500m。（如果加上天线发射距离可达到800m）
接收电路中IC1为与FD400配套使用的无线电接收模块，当IC1接收到发射机发射的无线电编码报警信号后，经内部电路处理后由⑦脚输出，送入IC2。IC2为译码器，如果输入信号的编码与译码器的编码完全一致，则IC2的○17脚便输出高电平。该高电平触发晶闸管VS1导通并自锁，于是讯响电路IC3开始工作，其输出的报警信号经VT1驱动蜂鸣器HTD不停地发出“嘀、嘀”的报警声，直到按下复位开关S2，报警方可停止。
4.1.3 被动式红外报警器的的安装要求
红外线热释电人体传感器只能安装在室内，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、红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。
2、红外线热释电传感器远离空调, 冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。
3、红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。
4、红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。
4.1.4被动式红外报警器的优缺点
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。
4.2 无线/有线人体热释电红外探测器
4.2.1 被动式热释电红外探头的工作原理
前面我们讲到在自然界，任何高于绝对温度（- 273度）时物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。
在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器(PIR)，它能将波长为8一12um之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。
另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在PIR 上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化的电信号。
人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10微米左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10微米左右的红外线而进行工作的。人体发射的10微米左右的红外线通过菲泥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。
4.2.2 被动式热释电红外探头的特性
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10微米左右的红外辐射必须非常敏感。
2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，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)人一旦侵入探测区域内，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)菲泥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。
4.2.3 被动式热释电红外探头的特点
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。
◆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。
③抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照
射，不产生报警。
红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感,而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感.在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。
设计总结
通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。
大学是象牙塔，也是一个小社会，面对生活的冲击。我曾经欢笑过，也曾经悲伤过。四年的风风雨雨塑造了我的人生观和世界观。回首过去，我以诚待人无愧于心，那一步步深深的脚印全是我生活点滴的写照；展望未来，我昂首阔步满怀信心，这四年的大学生活便是我前进路上的坚强后盾。我外向乐观的性格改变了我许多，乐于助人，勤俭节约，来帮助比我更需要帮助的人，曾多次参加学校和系组织的活动，开拓了自己的视野，来超越自我，在老师和同学中得到了好评和充分的肯定。
总之，在很难这片热土上，我学到了很多的东西，更学会了如何做人，如何与人相处，如何更好地去适应社会。以“得之淡然，失之泰然”的心态去对待身边的人或事。同时存在着许多的不足，在我以后的工作和学习中，我会逐渐完善自我，相信自己会做的更好；在学习中，我最大的收获就是从被动学习转向主动
学习，大学则更注重对学习能力、分析能力、独立思考能力以及合作能力的训练，同时培养学生的求知欲、探索精神和创新意识。思想变成熟了许多，性格更坚毅了，因为我很清楚将来社会就需要此类人才。自己的路还是自己要走，当今社会，要的是全面的复合型的人材，只要有能力，将来都会有出息的！金子无论放在哪里都会发光的。我知道，毕业不是终点，前方的路还很长。我将继续奋斗更好地服务于社会，服务于人民。
最后，感谢湖南人文科技学院对我的辛勤培育，感谢张艳蕾老师对本次毕业设计的指导。
参考文献与资料
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2、陈永甫主编，《红外探测与控制电路》428～432页。
3、肖景和主编，《红外线、热释电与超声波遥控电路》人民邮电出版社。
4、王庆有主编，《光电技术》。
5、周征主编，《传感器原理与检测技术》北方交通大学出版社。
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7、黄继昌等主编，《实用报警电路》，人民邮电出版社年。
8、杨帮文主编，《新型集成器件实用电路（修订版）》，电子工业出版社。
10 王汝琳王咏寿主编《红外检测技术》
热释电红外线传感器
HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口LHI778探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备，尤其是干电池供电的自动控制产品。 ?7m范围内 100度锥角即可检测到！ : ?功能特点 1、全自动感应:人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。 2、光敏控制（可选择，出厂时未设）可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。 3、温度补偿(可选择，出厂时未设)：在夏天当环境温度升高至30～32℃，探测距离稍变短，温度补偿可作一定的性能补偿。 4、两种触发方式：（可跳线选择） a、不可重复触发方式:即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变成低电平；
b、可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。 5、具有感应封锁时间(默认设置:2.5S封锁时间)：感应模块在每一次感应输出后（高电平变成低电平），可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。此功能可以实现“感应输出时间”和“封锁时间”两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。(此时间可设置在零点几秒—几十秒钟)。 6、工作电压范围宽：默认工作电压DC4.5V-20V。 7、微功耗:静态电流<50微安，特别适合干电池供电的自动控制产品。 8、输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。 : ?使用说明 1.感应模块通电后有一分钟左右的初始化时间，在此期间模块会间隔地输出 0-3次，一分钟后进入待机状态。 2.应尽量避免灯光等干扰源近距离直射模块表面的透镜，以免引进干扰信号产生误动作；使用环境尽量避免流动的风，风也会对感应器造成干扰。 3.感应模块采用双元探头，探头的窗口为长方形，双元（A元B元）位于较长方向的两端，当人体从左到右或从右到左走过时,红外光谱到达双元的时间、距离有差值，差值越大，感应越灵敏，当人体从正面走向探头或从上到下或从下到上方向走过时，双元检测不到红外光谱距离的变化，无差值，因此感应不灵敏或不工作；所以安装感应器时应使探头双元的方向与人体活动最多的方向尽量相平行，保证人体经过时先后被探头双元所感应。为了增加感应角度范围，本模块采用圆形透镜，也使得探头四面都感应，但左右两侧仍然比上下两个方向感应范围大、灵敏度强，安装时仍须尽量按以上要求。
热释电人体红外线传感器
年代末期出现的一种新型传感器件。现在，已得到越热释电人体红外线传感器是上世纪80一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。来越广泛的应用。目前，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 ，德国产的SD02PH5324、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公司的CERAMICP2288，日本NIPPON LH1954、LH1958，美国HAMAMATSU公司产等。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RS02DSCA02-1、分可以彼此互换使用。 由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部（以下简称：传感器）热释电人体红外线传感器为它们的顶视图，其中较大的1a的外形图。图P2288分组成。图1为、SD02、SCA02-1为1b1mm。图矩形部分为滤光窗，两个虚线框矩形为敏感单元，面积约2x1mm2 ，间距的数据，，其中参数为SCA02-11c为底视图；它们的监视、探测角度如图1a、侧视图；图d 其它两种的参数大致相同。 1.敏感单元 SD02对不同的传感器来说，敏感单元的制造材料有所不同。其内部结构见图1a及图2如，。制成。这些材料再做成很薄的薄片，每一由LiTaO3 P2288的敏感单元由锆钛酸铅制成；、P12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，如图中的。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，P2但这两个电容的极性是相反串联负电荷。极化的结果是，在电容的两端产生极性相反的正、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。 P1、P2当传感器没有检测到人体辐射出的红外线信号时，由于自身产生极化，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传感所以，而这种变化对人体而言就是移动。线的辐射而引起传感器的温度的变化而敏感， 它可以抗可见光和大部分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；红外线的干扰。 2.滤光窗 ，滤光窗能有效地滤除2中的M它是由一块薄玻璃片镀上多层滤光层薄膜而成的，如图，
热释电红外传感器模块原理与使用.
热释电红外传感器模块原理与使用 热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器。除了在楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域得到应用。比如：在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机；电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的电路；开启监视器或自动门铃上的应用；摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等等。 热释电原理： 热释电红外传感器内部的热释电晶体具有极化现象,并且随温度的变化而变化。当恒定的红外辐射照射在探测器上时,热释晶体温度不变,晶体对外呈电中性,探测器没有电信号输出,因而恒定的红外辐射不能被检测到。当交变的红外线照射到晶体表面时,晶体温度迅速变化,这时才发生电荷的变化,从而形成一个明显的外电场,这种现象称为热释电效应。
人体温36～37度，会发出10um左右的红外线，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。 热释电人体红外传感器只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。不加菲涅尔透镜时，该传感器的探测半径可能不足2m，配上菲涅尔透镜则可达10m，甚至更远。菲涅尔透镜是用普遍的聚乙烯制成的，安装在传感器的前面。透镜的水平方向上分成三部分，每一部分在竖直方向上又分成若干不同的区域，所以菲涅尔透镜实际是一个透镜组，当光线通过透镜单元后，在其反面则形成明暗相间的可见区和盲区。每个透镜单元只有一个很小的视场角，视场角内为可见区，之外为盲区。而相邻的两个单元透镜的视场既不连续，更不交叠，却都相隔一个盲区。当人体在这一监视范围中运动时，顺次地进入某一单元透镜的视场，又走出这一视场，热释电传感器对运动的人体一会儿看到，一会又看不到，再过一会儿又看到，然后又看不到，于是人体的红外线辐射不断改变热释电体的温度，使它输出一个又一个相应的信号。输出信号的频率大约为0.1~10Hz，这一频率范围由菲涅尔透镜、人体运动速度和热释电人体红外传感器本身的特性决定。 安装使用注意事项： 1、应尽量避免灯光等干扰源近距离直射模块表面的透镜，以免引进干扰信号产生误动作；使用环境尽量避免流动的风，风也会对感应器造成干扰。
热释电红外传感器
热释电红外传感器 主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。 热释电效应同压电效应类似，是指由于温度的变化而引起晶体表面荷电的现象。热释电传感器是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。由实验证明，传感器不加光学透镜(也称菲涅尔透镜)，其检测距离小于 2m，而加上光学透镜后，其检测距离可大于7m。 四、人体感应模块只能工作在室内并且工作环境应该避免阳光、强烈灯光直接照射，如果工作环境有强大的射频干扰，可以采用屏蔽措
施。若遇有强烈气流干扰，关闭门窗或阻止对流。感应区尽量避免正对着发热电器和物体以及容易被风吹动的杂物和衣物。 五、人体感应模块建议安装在密封的盒里，否则可能一直会有输出信号。 六、如果要求人体感应模块的探测角度小于90度时，可以用不透明胶纸遮挡镜片或裁剪缩小镜片来实现。 七、人体感应模块采用双元探头，人体的手脚和头部运动方向与感应灵敏度有着密切的联系，而且红外模块的特性决定了无法精确控制感应距离。 八、模块中的探头（PIR）可以装焊在电路板的另一面。也可将探头用双芯屏蔽线延长，长度应在20厘米以内为好。 功能特点： 1.全自动感应：当有人进入其感应范围则输入高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平。输出低电平。 3.两种触发方式：L不可重复，H可重复。可跳线选择，默认为H。 A.不可重复触发方式：即感应输出高电平后，延时时间一结束，输出将自动从高电平变为低电平。 B.可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后
热释电红外传感器在照明系统中的应用
热释电红外传感器在照明系统中的应用本文介绍了红外线感应开关的原理，采用热释电红外探头（PT8A2621）将接收到的微弱信号加以放大，然后驱动继电器，制成红外热释电感应开关。本开关能探测来自移动人体的红外辐射，只要人体进入探测区域，开关会自动开启。该设计可作为企业、宾馆、商场及住宅的走廊、楼梯、电梯间、卫生间、库房等处的自动开关，起到“人来灯自亮，人走灯自灭”的作用，既新颖方便，又节约用电，在某些场所还能起到威慑盗窃活动的防范作用。本设计结构简单，本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，价格低廉，隐蔽性好，应用范围广，所以可以通过扩展而达到实际的应用。 1 设计背景 1.1课题的背景与目的 节能与环保已经成为当代产品开发的首要考虑因素和最大卖点。由于我国在新能源研发方面处于落后局面，目前市场上的普通船型开关、拉线开关占据着灯具开关市场的主要位置。然而由于许多不可控因素的出现及人们日常习惯所限，造成了大量的电能的浪费。这种现象在我们的生活中随处可见。空无一人的教室十多盏日关灯依然亮着，非常安静的楼道内灯火通明，卫生间无人使用却不熄灭灯光……全国每年因此而损耗的电能可以以亿度计量，同时因灯具使用时间的过长，也缩短了灯具的使用寿命，频繁的更换灯具也造成了人力，财力的大量浪费。所以通过这种直接和间接的损耗，每年电能的损失就达数亿元。近十年以来，我国 建筑体系的不断发展，也对照明系统提出了更高的要求。随着大量采用电子技术的家用电器面市, 住宅电子化出现。近几年楼宇智能化（智能家居是以家为平台，兼备建筑、网络通讯、信息家电、网络家电、自动化和智能化，集系统、结构、服务、管理、控制于一体的高效、舒适、安全、便利、节能、健康、环保的家居环境）又飞速发展起来，其中实现自动照明系统可以减少电能浪费成为实现现代化住宅的重要一笔。本课题从实际出发，准备对红外线楼道自动照明系统进行探索，随着现代化的发展,工业,农业,商业,教育等等行业的用电量都大幅度增加,在这种情况下电能的浪费成为人们普遍关注的问题。由此观之，如何有效的减少照明用电的浪费和更好的管理照明系统已成为一个不可忽视问题。 1.2热释电红外感应开关简述 普通人体会发射10um左右的特定波长红外线，用专门设计的传感器就可以针对性的检测这种红外线的存在与否，当人体红外线照射到传感器上后，因热释电效应将向外释放电荷，
热释电红外线传感器的工作原理
热释电红外线传感器的工作原理 热释电红外线传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。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。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动览测等。 （1）热释电红外线传感器应用电路图如下： 主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。 菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。 人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。
热释电红外传感器简介(相关知识)
热释电红外传感器简介 被动式红外探测器不需要附加红外辐射光源，本身不向外界发射任何能量，而是由探测器直接探测来自移动目标的红外辐射，因此才有被动式之称。被动式红外探测器是利用热释电效应进行探测的。被动式红外探测器又称为热释电红外探测器，其主要工作原理便是热释电效应。热释电效应是指如果使某些强介电质材料(如钦酸钡、钦错酸铅P(zT)等)的表面温度发生变化，则随着温度的上升或下降，材料表面发生极化，即表面上就会产生电荷的变化，从而使物质表面电荷失去平衡，最终电荷变化将以电压或电流形式输出。 热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度，距离，方向有关的低频电信号。当热释电红外传感器受到红外辐射源的照射时，其内部敏感材料的温度将升高，极化强度减弱，表面电荷减少，通常将释放掉的这部分电荷称为热释电电荷。由于热释电电荷的多少可以反映出材料温度的变化，所以由热释电电荷经电路转变成的输出电压也同样可以反映出材料温度的变化，从而探测出红外辐射能量的变化。红外探测器的光学系统可以将来自多个方向的红外辐射能量聚焦在探测器上，这样红外探测器就可以探测到某一个立体探测空间内热辐射的变化。 当防范区域内没有移动的人体时，由于所有的背景物体(如墙壁、家具等)在室温下红外辐射的能量比较小，而且基本上是稳定的，所以不能触发报警器。当有人体突然进入探测区域时，会造成红外辐射
能量的突然变化，红外探测器将接收到的活动人体与背景物体之间的红外热辐射能量的变化转化为相应的电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快慢，经过后级比较器与状态控制器产生相应的输出信号U，送往报警器，发出报警信号。红外探测器的探测波长为8~14um，人体的红外辐射波长正好处于这个范围之内，因此能较好的探测到活动的人体。被动式红外探测器属于空间控制型探测器，其警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成锥体感热区域，构成立体警戒。 由于被动式红外技术具有监测距离较远，灵敏度较高，节能价廉等优点，本课题采用红外探测器作为报警探测器，并在设计中增加了自动声光报警的功能，使报警系统更加趋于完善。 2 热释电红外传感器电路图 热释电红外线(PIR)传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。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。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。 图2-3为热释电红外传感器的内部电路框图。
热释电红外传感器简介
Pyroelectric infrared sensor Preface Pyroelectric infrared sensor is a very potential applications of the sensor.It can detect people or animals, the infrared transmitter and converted into anelectrical signal output. As early as 1938, it was proposed detection using pyroelectric infrared radiation effect, but not taken seriously. Until the sixties, with the laser, infrared technology is developingrapidly, it has contributed tothepyroelectric effect and research on pyroelectric crystals application development. In recent years, along with the rapid development of integrated circuit technology, as well as the characteristics of the sensor depth study of the relevant application specific integrated circuit processing technology is also growing rapidly. This article first describes the principle of the pyroelectric sensor, and then describe the relevant ASIC processing technology. Pyroelectric effect In nature, any more than the absolute temperature (-273K) objects will have infrared spectra, objects at different temperatures the wavelength of infrared energy released is not the same, so the level of infrared wavelengths is related to temperature, and radiation energy size and surface temperature. 1μm wavelength of visible light is usually less, but more than 1μm light the human eye can not see, but can be an appropriate instrument to detect the energy oradiation. When some of the crystal is heated, the crystal will have an equal number of both ends of the opposite sign of charge, such as heat of changes in the polarization phenomenon, known as the pyroelectric effect. Typically, the crystals produced by the spontaneous polarization bound charge is attached to the air from the surface of free electrons in the crystal and in its
热释电红外传感器工作原理讲解学习
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?热释电红外传感器由传感探测元?干涉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0.2~2 0μm?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
热释电红外传感器研究背景意义及现状
热释电红外传感器研究背景意义及现状 1研究背景 (1) 2 国内外现状 (2) 3 研究目的及意义 (3) 1研究背景 人体目标是环境中最重要和最活跃的元素，对场景中的人体目标进行检测、识别和跟踪一直以来都是关注的热点。目前，它已成为计算机视觉领域中的一个重要研究方向，在智能监控、高级人机接口、机器人视觉等方面有着广泛的应用前景。用于人体识别的特征必须具有差异性，在一定时间内具有不变性，并且容易得到量化的测量。可见光视频人体检测在图像图形处理、智能监控、视频编码等领域有着重要的地位。但由于受可见光成像所需条件的限制，使得相关研究应用范围受到一定的限制。与可见光成像相比，红外热成像因其具有强大的“穿透”能力，可以透过黑暗和烟雾，看到在可见光波段无法看见的感兴趣的目标。目前，红外图像在交通、夜视、安全监控、医学、天文、工业监控等领域都取得了较好的效果。但由于红外成像设备价格昂贵，检测和识别算法复杂度高，运算量大，而在某些场合一些简单的设备就完全能满足需要。 热释电红外（Pyroelectric Infrared Detector, PIR）传感器早在1938年就受到关注，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。近年来，伴随着集成电路技术的飞速发展，以及对该传感器特性的深入研究，相关的专用集成电路处理技术也迅速发展起来。另一方面，随着经济的发展与科技的进步，人们对社会公共安全、家居环境安全提出了更高的要求。而政府开展的“平安城市”建设，给安防产业带来了巨大的商机，同时也对各种安防产品提出了更高的技术挑战。“平安城市”的核心系统包括电子巡查系统，电视监控系统，入侵报警系统等。PIR探测器作为入侵报警系统中最常见的监控产品之一，由于其具有功耗小、隐蔽性好、成本低廉、对光照条件无要求等优点，而被广泛应用到安防系统、智能家居、企业安全等领域。 但是目前PIR探测器存在许多不足，从而导致其应用领域局限在对安防性能要求不高的场合，或是作为其它高端监控产品的前端感应器件。其主要原因在于：
人体热释电红外传感器PIR原理
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，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，对探测围地面上地小动物，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。 3.抗灯光干扰 探测器在正常灵敏度的围，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。 红外线热释电传感器的安装要求： 红外线热释电人体传感器只能安装在室，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.红外线热释电传感器应离地面 2.0-2.2米。 2.红外线热释电传感器远离空调, 冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。 3.红外线热释电传感器探测围不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。
热释电红外传感器
用单片机做智能台灯 摘要：设计制作了一种智能台灯，主要是以BISS0001和单片机组成的红外传感控制电路。其特点是在有人时且外界光强较弱时能自动开灯，无人时关灯，节约能源；且能纠正坐姿，防止近视。 关键词：节能;纠正坐姿;BISS0001 一、引言：台灯已是千家万户的必需生活用品，经常由于忘记关灯而造成巨大的能源浪费。当夜晚来临时，人们又摸黑去开灯，非常不方便。在这里设计了以人体红外辐射（波长为9.5um）传感控制电路。当人体在台灯的范围内且环境光强较弱时，自动感应开灯；当人体太靠近桌面时，台灯自动感应，警告纠正坐姿，若在一定时间内未离开桌面则自动熄灭。当人离开时则自动关灯，达到节约能源的目的。 二、系统组成及电路设计： 1. 系统组成部分 图一系统结构图 本系统组成如图一所示，主要由三部分组成： 1) 传感器及信号处理部分：检测人体辐射红外信号及光强信号经过处理后变成可处理的数字信号 2) 以80C51组成的中央处理单元：处理信号并发出控制命令 3) 提醒电路及灯光控制电路：给出提醒信号并根据80C51给出的命令控制灯光 整个系统是以80C51控制下工作的。其工作过程为：当环境光比较强时，光敏电阻阻值比较小，信号处理电路检测到低电平信号，禁止热释电红外传感器工作，省去了80C51处理过程。当环境光比较弱时，光敏电阻阻值变大，信号处理电路接收到高电平，从而启动热释电红外传感器工作。热释电红外传感器1探测比较远的距离，当人体进入到传感器1的控测范围内且光强较弱时，信号检测电路处理信号，并向单片机发送一个中断，80C51启动灯光控制电路，使灯慢慢变亮。当环境光比校弱时，且人体过于靠近桌面，热释电红外传感器2检测到信号，同时了在热释电红外传感器1的控测范围内，信号处理电路同时向80C51发送信号，80C51处理信号根据优先级顺序，屏蔽掉热释电红外传感器1的信号，启动延时电路，发出警报使人离开，若在设定的时间内未离开桌面，则启动灯光控制电路，使灯慢慢熄灭。当人体离开热释电红外传感器2的控测范围且在热释电红外传感器1的控测范围内时，灯光又慢慢变亮。 2. 电路设计部分
热释电材料及其应用
热释电材料及其应用 王文瀚12S011029 1 热释电效应 热释电效应指的是极化强度随温度改变而表现出的电荷释放现象，宏观上是温度的改变使在材料的两端出现电压或产生电流。 考虑一个单畴化的铁电体，其中极化强度的排列使靠近极化矢量两端的表面附近出现束缚电荷。在热平衡状态下，这些束缚电荷被等量反号的自由电荷所屏蔽，所以铁电体对外界并不显示电的作用。当温度改变时，极化强度发生变化，原先的自由电荷不能再完全屏蔽束缚电荷，于是表面出现自由电荷，他们在附近空间形成电场，对带电微粒有吸引或者排斥作用。通过与外电路连接，则可在电路中观测到电流。升温和降温两种情况下电流的方向相反，与铁电体中的压电效应相似，热释电效应中电荷或电流的出现是由于极化改变后对自由电荷的吸引能力发生变化，使在相应表面上自由电荷增加或减少。 与压电效应不同的是，热释电效应中极化的改变由温度变化引起，压电效应中极化的改变则是由应力造成的。属于具有特殊极性方向的10个极性点群的晶体具有热释电性，所以常称它们为热释电体。其中大多数的极化可因电场作用而重新取向，是铁电体。经过强直流电场处理的铁电陶瓷和驻极体，其性能可按极性点群晶体来描写，也具有热释电效应。 2 热释电效应的描述 热释电效应的强弱由热释电系数来表示，假设整个晶体的温度均匀地改变，则极化的改变可由下式给出： , 1,2,3m m P p m T ?==? 其中P 为极化强度，T 为温度，其单位为cm -2 K -1。热释电系数符号通常是相对于晶体压电轴的符号定义的。按照IRE 标准的规定，晶轴的正端沿该轴受张力时出现正电荷的一端。在加热时，如果靠正端的一面产生正电荷，就定义热释电系数为正，反之为负。铁电体的自发极化一般随温度升高而减小，故热释电系数为负。但相反的情况也是有的，例如罗息盐在其居里点附近自发极化随温度升高而增大。在研究热释电效应时，必须注意边界条件和变温的方式。因为热释电体都具有压电性，所以温度改变时发生的形变也会造成极化的改变，这也是对热释电效应的贡献。 在均匀受热(冷却)的前提下，根据实验过程中的机械边界条件可将热释电效应分为两类。如果样品受到夹持(应变恒定)，则热释电效应仅来源于温度改变造
热释电红外传感器RE200B
Material call ferroelectrics absorb thermal energy which changes spontaneous polarization generating a surface electrical charge. The charge is proportional to polarizarion change. This phenomenon is called the pyroelectric effect. A pyrosensor using fine ceramic materials can detect even the slightest infrared energy charge, such as that from a human body. The pyrosensor, as developed and supplied to the market by NICERA, is being used world wide for many applications. For example, light switch control, visitor acknowledgement, security systems and burglar alarms. Utilizing our expertism gained by years of state of the art expertise, we satisfy marketing needs for high quality and low cost. Principle of Operation Pyroelectric Infrared Sensor
人体热释电红外传感器模块
人体热释电红外传感器模块 型号：HC-SR501 技术参数： 1.工作电压：DC5V至20V 2.静态功耗：65微安 3.电平输出：高3.3V，低0V 4.延时时间：可调(0.3秒~18秒) 5.封锁时间：0.2秒 6.触发方式：L不可重复，H可重复，默认值为H 7.感应范围：小于120度锥角，7米以内 8.工作温度：-15~+70度 9.PCB外形尺寸：32*24mm，螺丝孔距28mm，螺丝孔径2mm，感应透镜尺寸：(直径)：23mm(默认) 功能特点： 1.全自动感应：当有人进入其感应范围则输入高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平。输出低电平。 2.光敏控制(可选）：模块预留有位置，可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。光敏控制为可选功能,出厂时未安装光敏电阻。如果需要，请另行购买光敏电阻自己安装。 3.两种触发方式：L不可重复，H可重复。可跳线选择，默认为H。 A.不可重复触发方式：即感应输出高电平后，延时时间一结束，输出将自动从高电平变为低电平。 B.可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平(感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。 4.具有感应封锁时间(默认设置：0.2秒)：感应模块在每一次感应输出后(高电平变为低电平)，可以紧跟着设置一个封锁时间，在此时间段内感应器不接收任何感应信号。此功能可以实现(感应输出时间和封锁时间)两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。 5.工作电压范围宽：默认工作电压DC5V至20V 6.微功耗：静态电流65微安，特别适合干电池供电的电器产品。 7.输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。 外接示意图和典型应用：
热释电红外传感器的原理
热释电红外传感器的原理 热释电红外线(PIR)传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。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。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。如下图所示为热释电红外传感器的内部电路框图。 热释电红外传感器的内部电路框图 本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如下图所示, 在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。
热释电红外传感器原理图 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104M Ω，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。 热释电红外传感器由传感探测元、干涉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。
热释电人体红外传感器原理及应用
热释电红外传感器原理及应用 (测控技术与仪器1002班，刘建军发) 【摘要】：随着社会的发展，各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活，以热释电红外传感器为核心的自动门系统就是其中之一。热释电红外传感器是基于热电效应原理的热电型红外传感器。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、硫酸三甘铁等配合虑光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。热释电红外传感器由传感探测元、干涉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。 【关键词】：热释电、红外线、自动控制、自动门。 1热释电红外传感器原理 1.1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。热释电红外传感器由传感探测元、干涉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。 1.2 被动式热释电红外传感器的工作原理与特性 人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲
人体热释电红外传感器---原理
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10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥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10UM左右的红外辐射必须非常敏感。 (2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，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，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)菲泥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，对探测围地面上地小动物，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。 3.抗灯光干扰