【文章內(nèi)容簡介】 其兩面鍍上金屬電極，然后加電進行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測元也是有正、負極性的 。 圖 2 是一個雙探測元的熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。該傳感器將兩極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的在于消除閉環(huán)境溫度和自身變化起的干擾。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號可在內(nèi)部相互抵消的原理，使傳感器起到補償作用。對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上，因此傳感器會輸出探測信號電壓。 用來制造熱釋電紅外探測元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測波長范圍為~20μ m。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度，在傳感器的窗口上加裝 了一塊干涉濾光片。這種濾光片除了允許某波長范圍的紅外輻射通過外，還能將燈光、陽光和其他紅外輻射拒之門外。 圖 2 雙探測元熱釋電紅外傳感器 紅外輻射在大氣中傳播時會被大氣吸收而降低輻射強度，不過這種吸收對整個紅外輻射波段的吸收是不均勻的。在 l～ m、 3～ 5μ m、 8～ 14μ m 這三個波長范圍內(nèi)，大氣的吸收是很小的，它的透射特性如圖 3 所示。 圖 3 大氣透射光譜 人體輻射的紅外線波長約為 m，恰好位于 8～ 14μ m 這個大氣窗口的波長范圍內(nèi)。因此人體發(fā)出的紅外輻射能夠較好地穿過大氣到達熱釋電紅外傳感器。 圖 4 是某種濾光片的透射比曲線。由該圖可見，該濾光片能將 4～ m 波長內(nèi)的紅外輻射大部分吸收，用作人體紅外傳感器。 熱釋電紅外探測元的阻抗高達 1000MΩ，因此必須采用變換元件對其輸出的信號進行阻抗變換后才能作為控制信號輸出。通常使用具有高輸人阻抗的場效應(yīng)管，將其接成源極跟隨器，使其變成低輸出阻抗的控制信號，與放大器的輸人端相匹配。這和駐極體話筒中采用場效應(yīng)管進行阻抗變換的作用很相似，其中電阻 R：是用來釋放場效應(yīng)管的柵極電荷， 5 使其正常工作的。 熱釋電紅外傳感器有兩種封裝形式，圖 5（ a）為金屬封裝形式。在 圖（ d）中， D 為內(nèi)部場效應(yīng)管的漏極， S 為源極， G 為柵極。圖 5（ e）為塑料封裝形式。實際使用時， D端接電源正極， G 端接電源負極， S 端為信號輸出端。 圖 4 某種濾光片的透射比 圖 5 封裝形式 熱釋電紅外傳感器的安裝與使用 熱釋電紅外傳感器在使用和安裝中應(yīng)注意以下幾點： (1)熱釋電紅外傳感器必須與菲涅爾透鏡配合使用才能有效地發(fā)揮它的作用。菲涅爾透鏡除使用購買的成品外，還可以自樹。其方法是將原紙板用小刀刻出若干條狹縫，然后彎成弧形即可。不過這種透鏡無聚焦功能，故靈敏度較低。菲涅你透鏡與 熱釋電傳感器配合使用時，必須仔細調(diào)整其距離，使傳感器位于透鏡的焦點區(qū)，以發(fā)揮傳感器的最佳靈敏度。 (2)根據(jù)說明書確定安裝高度 ，傳感 器的安裝高度不是隨意的，會直接影響到探測器的靈敏度和防小動物的效果，一般壁掛型紅外探測器安裝高度為 米處。熱釋電紅外傳感器的安裝高度應(yīng)在距地面 1～ 2m 之間，傳感器向下應(yīng)有一定的傾斜度，以減小探測死角，如圖 6。其中圖（ a）為傳感器安裝示意圖，圖（ b）為探測方向示意圖。 6 圖 6 傳感 器的安裝 （ 3） 不宜面對玻璃門窗 ， 正對玻璃門窗會有兩個問題 :一是白光干擾，雖然被動式紅外 探測器（ PIR）對白光具有很強的抑制功能，但畢竟不是 100%的抑制，不要正對玻璃門窗，可以避免強光的干擾；二是避免門窗外復(fù)雜的環(huán)境干擾，比如太陽直射、人群、流動車輛等。 （ 4） 不宜正對冷熱通風(fēng)口或冷熱源 ， 被動紅外探測器感應(yīng)作用是與溫度的變化具有密切的關(guān)系，冷熱通風(fēng)口和冷熱源均有可能引起探測器的誤報，對有些低性能的探測器，有時通過門窗的空氣對流也會造成誤報。 （ 5） 不宜正對易擺動的大型物體 ， 大型物體大幅度擺動可瞬間引起探測區(qū)域的突然的氣流變化，同樣可能引起誤報；如室外探測器要避開大樹和較高的灌木。 （ 6）合理 的位置， 應(yīng)盡量探測范圍內(nèi)不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物；在同一個空間最好不要安裝兩個無線紅外探測器，以避免發(fā)生因同時觸發(fā)而干擾的現(xiàn)象；紅外探測器應(yīng)與室內(nèi)的行走線呈一定的角度，探測器對于徑向移動反應(yīng)最不敏感，而對于切向 (即與半徑垂直的方向 )移動則最為敏感。在現(xiàn)場選擇合適的安裝位置是避免紅外探測器誤 報、求得最佳檢測靈敏度的極為重要的一環(huán)。 （ 7） 合理的選型 ， 被動紅外探測器具有多種型號，從室內(nèi)到室外，從有線到無線，從單紅外到三紅外，從壁掛式到吸頂式的都有，那么所要安裝的探測器必須要考慮防范空間的大小，周 邊的環(huán)境，出入口的特性等實際狀況。 將探測器安裝完中后，調(diào)試探測器是最后所要做的工作。被動紅外探測器的調(diào)試一般是步測，就是調(diào)試人員在警戒區(qū)內(nèi)走 S 型的線路來感知警戒范圍的長度寬度等來測試整個報警系統(tǒng)是否達到要求?？刹殚喺f明書來適當(dāng)調(diào)節(jié)探測器的靈敏度，過高過低的靈敏度都將影響防范效果。 熱釋電紅外傳感器的選擇使用 熱釋電紅外傳感器根據(jù)其使用目的的不向，每一型號都有自己的響應(yīng)波長范圍，使用時應(yīng)根據(jù)使用目的選擇合適的傳感器。例如：當(dāng)用來測量溫度時，應(yīng)選用響應(yīng)波長為 1～20um 的傳感器。用于火焰探測時 ，則應(yīng)選用響應(yīng)波長為 177。 的傳感器。如果用 7 于人體探測，如防盜或保安等，則應(yīng)選用波長為 7～ 15um 的傳感器。若選擇不當(dāng)，則會使儀器失去控制作用或達不到控制要求。 菲涅耳透鏡 菲涅爾透鏡 (Fresnel lens) 多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，也有玻璃制作的，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，它的紋理是利用光的干涉及擾射和根據(jù)相對靈敏度和接收角度要求來設(shè)計的，透鏡的要求很高，一片優(yōu)質(zhì)的透鏡必須是表面光潔，紋理清晰，其厚度隨用途而變，多在 1mm 左右，特性為面積較大， 厚度薄及偵測距離遠。 菲涅爾透鏡的原理 菲涅爾鏡片是根據(jù)法國光物理學(xué)家 FRESNEL 發(fā)明的原理采用電鍍模具工藝和 PE（聚乙烯）材料壓制而成。鏡片（ 厚）表面刻錄了一圈圈由小到大，向外由淺至深的同心圓，從剖 面看似鋸齒。圓環(huán)線多而密感應(yīng)角度大，焦距遠；圓環(huán)線刻錄的深感應(yīng)距離遠，焦距近。紅外光線越是靠進同心環(huán)光線越集中而且越強。同一行的數(shù)個同心環(huán)組成一個垂直感應(yīng)區(qū)，同心環(huán)之間組成一個水平感應(yīng)段。垂直感應(yīng)區(qū)越多垂直感應(yīng)角度越大；鏡片越長感應(yīng)段越多水平感應(yīng)角度就越大。區(qū)段數(shù)量多被感應(yīng)人體移動幅度 就小，區(qū)段數(shù)量少被感應(yīng)人體移動幅度就要大。不同區(qū)的同心圓之間相互交錯，減少區(qū)段之間的盲區(qū)。區(qū)與區(qū)之間，段與段之間，區(qū)段之間形成盲區(qū)。由于鏡片受到紅外探頭視場角度的制約，垂直和水平感應(yīng)角度有限，鏡片面積也有限。鏡片從外觀分類為：長形、方形、圓形，從功能分類為：單區(qū)多段、雙區(qū)多段、多區(qū)多段。當(dāng)人進入感應(yīng)范圍，人體釋放的紅外光透過鏡片被聚集在遠距離 A 區(qū)或中距離 B 區(qū)或近距離 C 區(qū)的某個段的同心環(huán)上，同心環(huán)與紅外線探頭有一個適當(dāng)?shù)慕咕?，紅外光正好被探頭接收，探頭將光信號變成電信號送入電子電路驅(qū)動負載工作。整個接收人體紅 外光的方式也被稱為被動式紅外活動目標(biāo)探測器。 菲涅爾透鏡作用 一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射（反射）在 PIR 上，第二個作用是將探測區(qū)域內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入探測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在 PIR 上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號 菲涅爾透鏡的主要技術(shù)指標(biāo) （ 1） 外形尺寸，根據(jù)傳感器和探測摘要來設(shè)計和生產(chǎn)不同尺寸的透鏡。 8 （ 2） 水平視角和垂直視角，它表明透鏡的可監(jiān)視范圍。 （ 3） 焦距，它表明鏡片與傳感器的安裝距離。 菲涅爾透鏡分類 (1)從光學(xué)設(shè)計上來劃分： 正菲涅 爾透鏡： 光線從一側(cè)進入，經(jīng)過菲涅爾透鏡在另一側(cè)出來聚焦成一點或以平行光射出。焦點在光線的另一側(cè)，并且是有限共軛。 這類透鏡通常設(shè)計為準(zhǔn)直鏡（如投影用菲涅爾透鏡，放大鏡）以及聚光鏡（如太陽能用聚光聚熱用菲涅爾透鏡。 負菲涅爾透鏡： 和正焦菲涅爾透鏡剛好相反，焦點和光線在同一側(cè)，通常在其表面進行涂層，作為第一反射面使用。 (2) 從結(jié)構(gòu)上劃分： 圓形菲涅爾透鏡 ,菲涅爾透鏡陣列，柱狀菲涅爾透鏡，線性菲涅爾透鏡，衍射菲涅爾透鏡，菲涅爾反射透鏡，菲涅爾光束分離器和菲涅爾棱鏡。 菲涅爾透鏡應(yīng)用 菲涅 爾透鏡應(yīng)用于多個領(lǐng)域，包括： 投影顯示：菲涅爾投影電視，背投菲涅爾屏幕，高射投影儀，準(zhǔn)直器； 聚光聚能：太陽能用菲涅爾透鏡，攝影用菲涅爾聚光燈， 菲涅爾放大鏡 ； 航空航海：燈塔用菲涅爾透鏡，菲涅爾飛行模擬； 科技研究：激光檢測系統(tǒng)等； 紅外探測：無源移動探測器； 照明光學(xué)：汽車頭燈，交通標(biāo)志，光學(xué)著陸系統(tǒng)。 9 紅外傳感器 紅外線傳感器 IC1 采用 熱釋電傳感器 PIR D204，波長為 9－ 10um。一般人體都有恒定的體溫，一般在 37 度，所以會發(fā)出特定波長 10UM 左右的紅外線。 IC1 探測到前方人體輻射出的紅外線信號時，由 IC1 的②腳輸出微弱的電信號進入放大電路，經(jīng)過放大比較之后可以蜂鳴器發(fā)出響聲。 圖 7 傳感器實物圖 信號放大電路 圖 8 信號放大電路 信號放大電路如圖 8， VT1 和運算放大器 LM358 等組成放大電路，由 IC1 的②腳輸出微弱的電信號，經(jīng)三極管 VT1 等組成第一級放大電路放大，再通過 C2 輸入到運算放大器 ICA 中進行高增益、低噪聲放大，此時由 IC2A①腳輸出的信號已足夠強，輸入電壓比 10 較電路。 電壓比較器 圖 9 電壓比較器 電壓比較器如圖 9， IC2B 和 VD1 等作電壓比較器， IC2B 的第⑤腳由 R VD1 提供基準(zhǔn)電壓，當(dāng) IC2A①腳輸出的信號電壓到達 IC2B 的⑥腳時，兩個輸入端的電壓進行比較， 此時 IC2B 的⑦腳由原來的高電平變?yōu)榈碗娖健? 報警延時電路 圖 10 報警延時電路 如圖 10， IC3A LM393 為報警延時電路， R14 和 C6 組成延時電路，其時間約為 1分鐘。當(dāng) IC2B 的⑦腳變?yōu)榈碗娖綍r， C6 通過 VD2 放電，此時 IC3 的②腳變?yōu)榈碗娖剿?11 與 IC3 的③腳基準(zhǔn)電壓進行比較，當(dāng)它低于其基準(zhǔn)電壓時， IC3 的①腳變?yōu)楦唠娖剑?VT2 導(dǎo)通，訊響器 BELL 通電發(fā)出報警聲。人 體的紅外線信號消失后， IC2B 的⑦腳又恢復(fù)高電平輸出，此時 VD2 截止。由于 C6 兩端的電壓不能突變， 故通過 R14 向 C6 緩慢充電，當(dāng) C6 兩端的電壓高于其基準(zhǔn)電壓時， IC3 的①腳才變?yōu)榈碗娖剑瑫r間約為 1 分鐘，即持續(xù) 1 分鐘報警。 開機延時電路 圖 11 開機延時電路 如圖 11，由 VT R C8 組成開機延時電路，時間也約為 1 分鐘，它的設(shè)置主要是防止使用者開機后立即報警，好讓使用者有足夠的時間離開監(jiān)視現(xiàn)場，同時可防止停電后又來電時產(chǎn)生誤報。該裝置采用 9－ 12V 直流電源供電，由 T 降壓，全橋 U 整流， C10 濾波，檢測電路采用 IC378L06 供電。本裝置交直流兩用，自動無間斷轉(zhuǎn)換。 電源電路 由功率為 12V 5W 的變壓器，電橋等組成，為報警電路提供 12V 的電壓源。 圖 12 電源電路 12 . 紅外線監(jiān)控報警 總 電路 圖 13 紅外線監(jiān)控報警 器總 電路 總結(jié)： 該電路由紅外線傳感器、信號放大電路、電壓比較器、延時電路和音響報警電路等組成。紅外線探測傳感器 IC1 探測到前方人體輻射出的紅外線信號時，由 IC1 的②腳輸出微弱的電信號，經(jīng)三極管 VT1 等組成第一級放大電路放大，再通過 C2 輸入到運算放大器 IC2中進行高增益、低噪聲放大，此時由 IC2①腳輸出的信號已足夠強。 IC3 作電壓比較器，它的第⑤腳由 R VD1 提供基準(zhǔn)電壓，當(dāng) IC2①腳輸出的信號電壓到達 IC3 的⑥腳時，兩個輸入端的電壓進行比較，此時 IC3 的⑦腳由原來的高電平變?yōu)榈?電平。 IC4 為報警延時電路， R14 和 C6 組成延時電路，其時間約為 1 分鐘。當(dāng) IC3 的⑦腳變?yōu)榈碗娖綍r， C6通過 VD2 放電，此時 IC4 的②腳變?yōu)榈碗娖?，它與 IC4 的③腳基準(zhǔn)電壓進行比較，當(dāng)它低于其基準(zhǔn)電壓時， IC4 的①腳變?yōu)楦唠娖剑?VT2 導(dǎo)通，訊響器 BELL 通電發(fā)出報警聲。人體的紅外線信號消失后， IC3 的⑦腳又恢復(fù)高電平輸出，此時 VD2 截止。由于 C6 兩端的電壓不能突變，故通過 R14 向 C6 緩慢充電，當(dāng) C6 兩端的電壓高于其基準(zhǔn)電壓時， IC4的①腳才變?yōu)榈碗娖?，時間約為 1 分鐘，即持續(xù) 1 分鐘報警。由 VT R C8 組成開機延時電路，時間也約為 1 分鐘 。 在 IC1 傳感器的端面前安裝 了 菲涅爾透鏡，因為人體的活動頻率范圍為 － 10Hz，需要用菲涅爾透鏡對人體活動頻率倍增。 本 設(shè)計 靜態(tài)工作電流約 10mA，接通電源約 1 分鐘后進入守候狀態(tài)，只要有人進入監(jiān)視區(qū)便會報警，人離開后約 1 分鐘停止報警。 13 紅