【文章內(nèi)容簡介】 號(hào)，為了只對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅耳濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。 熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路 對(duì)不同的傳感器來說，敏感單元的制造材料有所不同。如，SD02的敏感單元由鋯鈦酸鉛制成；P2288由LiTaO3 制成。這些材料再做成很薄的薄片，每一片薄片相對(duì)的兩面各引出一根電極，在電極兩端則形成一個(gè)等效的小電容 ，例PP2。因?yàn)檫@兩個(gè)小電容是做在同一硅晶片上的，而它們形成的等效小電容能自身產(chǎn)生極化，極化的結(jié)果是，在電容的兩端產(chǎn)生極性相反的正、負(fù)電荷。但這兩個(gè)電容的極性是相反串聯(lián)的。這正是傳感器的獨(dú)特設(shè)計(jì)之處，因而使得它具有獨(dú)特的抗干擾性。當(dāng)傳感器沒有檢測到人體輻射出的紅外線信號(hào)時(shí)，由于PP2自身產(chǎn)生極化，在電容的兩端產(chǎn)生極性相反、電量相等的正、負(fù)電荷，而這兩個(gè)電容的極性是相反串聯(lián)的，所以，正、負(fù)電荷相互抵消，回路中無電流，傳感器無輸出。當(dāng)人體靜止在傳感器的檢測區(qū)域內(nèi)時(shí)，照射到PP2上的紅外線光能能量相等，且達(dá)到平衡，極性相反、能量相等的光電流在回路中相互抵消。傳感器仍然沒有信號(hào)輸出。同理,在燈光或陽光下，因陽光移動(dòng)的速度非常緩慢，PP2上的紅外線光能能量仍然可以看作是相等的，且在回路中相互抵消；再加上傳感器的響應(yīng)頻率很低（~10Hz),即傳感器對(duì)紅外光的波長的敏感范圍很窄（一般為5~15um),因此，傳感器對(duì)它們不敏感。當(dāng)環(huán)境溫度變化而引起傳感器本身的溫度發(fā)生變化時(shí)，因PP2做在同一硅晶片上的，它所產(chǎn)生的極性相反、能量相等的光電流在回路中仍然相互抵消，傳感器無輸出。從原理上講，任何發(fā)熱體都會(huì)產(chǎn)生紅外線，熱釋電人體紅外線傳感器對(duì)紅外線的敏感程度主要表現(xiàn)在傳感器敏感單元的溫度所發(fā)生的變化，而溫度的變化導(dǎo)致電信號(hào)的產(chǎn)生。環(huán)境與自身的溫度變化由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了它不向外輸出信號(hào)；而傳感器的低頻響應(yīng)（~10Hz）和對(duì)特定波長紅外線（一般為5~15um）的響應(yīng)決定了傳感器只對(duì)外界的紅外線的輻射而引起傳感器的溫度的變化而敏感，而這種變化對(duì)人體而言就是移動(dòng)。所以，傳感器對(duì)人體的移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)敏感，對(duì)靜止或移動(dòng)很緩慢的人體不敏感；它可以抵抗可見光和大部分紅外線的干擾。2） 濾光窗 項(xiàng)目參數(shù)條件工作電壓 工作電流 工作波長 714μm平均透過率 ＞75%輸出信號(hào) ＞噪聲 ＜200mV(mVpp) (25℃)平衡度 ＜20%工作溫度 20℃ +70℃視場 139176。126176。源極電壓 它是由一塊薄玻璃片鍍上多層濾光層薄膜而成的，~14um波長以外的紅外線。例如，~14um波長的紅外線的穿透量為70%，%，%；P2288的響應(yīng)波長為6~14um，中心波長為10um。物體發(fā)射出的紅外線輻射能，最強(qiáng)波長和溫度的關(guān)系滿足λm*T=2989（）（其中λm為最大波長，T為絕對(duì)溫度）。人體的正常體溫為36~。C ，即309~，其輻射的最強(qiáng)的紅外線的波長為λm=2989/（309~）=~。因此，人體輻射的最強(qiáng)的紅外線的波長正好落在濾光窗的響應(yīng)波長（7~14um）的中心。所以，濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線通過，而最大限度地阻止陽光、燈光等可見光中的紅外線的通過，以免引起干擾。 綜上所述，傳感器只對(duì)移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的人體和體溫近似人體的物體起作用。3）人體熱釋電紅外傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)。 這種接收人體熱釋紅外線的傳感器也稱為被動(dòng)式熱釋電紅外傳感器，它的優(yōu)點(diǎn)是本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價(jià)格低廉。缺點(diǎn)是：易受各種熱源、光源干擾。易受射頻輻射的干擾。小動(dòng)物活動(dòng)干擾。環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測靈敏度明顯下降。解決這些問題可采用以下方法：采用特殊設(shè)計(jì)的透鏡或外加濾光鏡片，能夠有效地濾掉各種光源的干擾，使人體的紅外輻射順利地通過聚焦到傳感器上。采用金屬屏蔽以及SMT 工藝制造，可改善抗EMRF1 干擾。采用智能信號(hào)控制以及能量堆積的算法，能夠有效地防止小動(dòng)物的干擾?？刂菩酒捎脛?dòng)態(tài)閥值調(diào)節(jié)技術(shù)，能夠真正的做到溫度補(bǔ)償，自動(dòng)根據(jù)環(huán)境因素進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，保證探測器靈敏度恒定。 4）人體熱釋電紅外傳感器的安裝要求。 人體熱釋電紅外傳感器只能安裝在室內(nèi)（使用第三代控制芯片 AS081 可解決此問題），其誤報(bào)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： 米。熱釋電紅外傳感器遠(yuǎn)離空調(diào), 冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。熱釋電紅外傳感器探測范圍內(nèi)不得隔屏、家具、大型盆景或其它隔離物。熱釋電紅外傳感器不要直對(duì)窗口，否則窗外的熱氣流擾動(dòng)和人員走動(dòng)會(huì)引起誤報(bào)，有條件的最好把窗簾拉上。紅外線熱釋電傳感器也不要安裝在有強(qiáng)氣流活動(dòng)的地方。紅外線熱釋電傳感器對(duì)人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大,而對(duì)于徑向移動(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)場選擇合適的安裝位置是避免紅外傳感器誤報(bào)、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環(huán)。 根據(jù)菲涅耳原理制成，把紅外光線分成可見區(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器 (PIR) 靈敏度大大增加。菲涅耳透鏡折射式和反射式兩種形式,其作用一是聚焦作用，將熱釋的紅外信號(hào)折射（反射）在PIR上；二是將檢測區(qū)內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入檢測區(qū)的移動(dòng)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(hào)，這樣PIR就能產(chǎn)生變化電信號(hào)。不使用菲涅爾透鏡時(shí)傳感器的探測半徑不足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)傳感器的探測半徑可達(dá)到10米。例如，一些傳感器對(duì)遠(yuǎn)在20米處快速行駛的汽車?yán)锏娜梭w也能可靠地檢測到。菲涅爾透鏡采用塑料片制作而成。 菲涅爾透鏡 。從圖中可以看出，透鏡在水平方向上分寸成3個(gè)部分，每一部分在豎直方向上又等分成若干不同的區(qū)域。最上面部分的每一等份為一個(gè)透鏡單元，它們由一個(gè)個(gè)同心圓構(gòu)成，同心圓圓心在透鏡單元內(nèi)。中間和下半部分的每一等份也為分別一個(gè)透鏡單元，同樣由同心圓構(gòu)成，但同心圓圓心不在透鏡單元內(nèi)。當(dāng)光線通過這些透鏡單元后，就會(huì)形成明暗相間的可見區(qū)和盲區(qū)。由于每一個(gè)透鏡單元只有一個(gè)很小的視角，視角內(nèi)為可見區(qū)，視角外為盲區(qū)。任何兩個(gè)相鄰?fù)哥R單元之間均以一個(gè)盲區(qū)和可見區(qū)相間隔，它們斷續(xù)而不重疊和交叉，當(dāng)把透鏡放在傳感器正前方的適當(dāng)位置時(shí)，運(yùn)動(dòng)的人體一旦出現(xiàn)在透鏡的前方，人體輻射出的紅外線通過透鏡后在傳感器上形成不斷交替變化的陰影區(qū)（盲區(qū)）和明亮區(qū)（可見區(qū)），使傳感器表面的溫度不斷發(fā)生變化，從而輸出電信號(hào)。也可以這樣理解，人體在檢測區(qū)內(nèi)活動(dòng)時(shí)，一離開一個(gè)透鏡單元的視場，又會(huì)立即進(jìn)入另一個(gè)透鏡單元的視場，（因?yàn)橄噜復(fù)哥R單元之間相隔很近），傳感器上就出現(xiàn)隨人體移動(dòng)的盲區(qū)和可見區(qū)，導(dǎo)致傳感器的溫度變化，而輸出電信號(hào)。菲涅爾透鏡不僅可以形成可見區(qū)和盲區(qū)，還有聚焦作用，其焦點(diǎn)一般為5厘米左右，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況或資料提供的說明調(diào)整菲涅爾透鏡與傳感器之間的距離，一般把透鏡固定在傳感器正前方1~5厘米的地方。 菲涅爾透鏡一般采用聚乙烯塑料片制成，顏色為乳白色或黑色，呈半透明狀，但對(duì)波長為10um左右的紅外線來說卻是透明的。 CDS傳感器硫化鎘（Cds）即光敏電阻器，這是目前最常見的光敏電阻器。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體光致導(dǎo)電的原理制造的。這種光敏電阻器的基座是陶瓷片，上面涂有硫化鎘多晶體，再經(jīng)燒結(jié)制成。光敏電阻器的表面還涂有防潮樹脂。光敏電阻器的光譜特性曲線與人眼對(duì)可見光的響應(yīng)曲線比較接近。光敏電阻器的電阻值隨光照強(qiáng)度而變化。在暗光條件下它的電阻值可達(dá)10MΩ，在強(qiáng)光下它的電阻值僅為數(shù)百歐姆或數(shù)千歐姆。光敏電阻器的光照特性在多數(shù)情況下是非線性的，只有在微小區(qū)域內(nèi)呈線性。光敏電阻器的電阻值有較大的離散性。光敏電阻器的靈敏度是指光敏電阻器不受光照時(shí)的電阻值(暗阻)和受光照時(shí)的電阻值(亮阻)的相對(duì)變化值。在一般情況下，照度越低，單位照度改變時(shí)的電阻值變化越大,，采用的是光敏三極管。雖然被動(dòng)式熱釋電紅外探頭有些缺點(diǎn)，但是利用特殊信號(hào)處理方法后，仍然使它在某些領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，有很多生產(chǎn)商根據(jù)PIR傳感器的特性設(shè)計(jì)了專用信號(hào)處理器，比如HOLTEK HT761X、PTI PT8A26XXP、BISS000AS081。，有兩個(gè)運(yùn)算放大器、一個(gè)窗口比較器、一個(gè)穩(wěn)壓器、一個(gè)系統(tǒng)振蕩器和一個(gè)邏輯控制器。 由于PIR 信號(hào)變化緩慢、幅值小，針對(duì)該特點(diǎn)，專用信號(hào)處理器一般分為三步處理，具體處理步驟如下：a）濾波放大普通PIR傳感器輸出信號(hào)幅值一般都很小，大約幾百微伏到幾毫伏，為了后續(xù)電路能作有效的處理，考慮到傳感器的信噪比，~7Hz。同時(shí)，由于是處理模擬小信號(hào)，所以為了保證放大器的工作穩(wěn)定可靠，電路中特別集成了一個(gè)穩(wěn)壓器用于給傳感器、放大器和比較器供電。b）窗口比較器經(jīng)過放大后的信號(hào)通過窗口比較器后檢出滿足幅值要求的信號(hào)后，再轉(zhuǎn)換成一系列數(shù)字脈沖信號(hào)。c）噪聲抑制數(shù)字信號(hào)處理根據(jù)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)以及傳感器的特性的長期研究，用固定時(shí)間內(nèi)計(jì)脈沖個(gè)數(shù)和測脈沖寬度的方法來甄別有效的人體信號(hào)，這里由系統(tǒng)振蕩器提供時(shí)鐘源（16kHz）。 人體感應(yīng)開關(guān)方框圖 人體感應(yīng)開關(guān)信號(hào)處理過程 運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器（簡稱運(yùn)放）是一種高電壓放大倍數(shù)的直接耦合放大器。它工作在放大區(qū)時(shí)，輸入和輸出呈線性關(guān)系，所以它又被稱為線性集成電路集成運(yùn)放是一種高放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻的直接耦合放大電路 集成運(yùn)放的性能指標(biāo)1）開環(huán)差模電壓放大倍數(shù) Aod它是指集成運(yùn)放在無外加反饋回路的情況下的差模電壓的放大倍數(shù)。2）最大輸出電壓 Uopp它是指一定電壓下，集成運(yùn)放的最大不失真輸出電壓的峰峰值。3）差模輸入電阻rid它的大小反映了集成運(yùn)放輸入端向差模輸入信號(hào)源索取電流的大小。要求它愈大愈好。4）輸出電阻 rO它的大小反映了集成運(yùn)放在小信號(hào)輸出時(shí)的負(fù)載能力。5）共模抑制比 CMRR它放映了集成運(yùn)放對(duì)共模輸入信號(hào)的抑制能力，其定義同差動(dòng)放大電路。CMRR越大越好它有四部分組成：1）偏置電路:偏置電路是提供各級(jí)靜態(tài)工作電流的。2）輸入級(jí)：其作用是提供與輸出端成同相關(guān)系和反相關(guān)系的兩個(gè)輸入端,為了抑制零漂，采用差動(dòng)放大電路3）中間級(jí)：其作用是提供較高的電壓放大倍數(shù)。為了提高放大倍數(shù)，一般采用有源負(fù)載的共射放大電路。4）輸出級(jí)：其作用是提供一定的電壓變化和電流變化。為了提高電路驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力，一般采用互補(bǔ)對(duì)稱輸出級(jí)電路 振蕩器振蕩電路在測量,自動(dòng)控制,通信,無線電廣播和遙控等許多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用,甚至在收音機(jī) 電視機(jī) ,它們不需要輸入信號(hào)便能產(chǎn)生各種周期性的波形,如:正弦波,方波,所以現(xiàn)介紹一下非正弦波振蕩電路:矩形波振蕩電路矩形波有兩種,一種是輸出電壓處于高電平時(shí)時(shí)間TH和輸出電壓處于低電平的時(shí)間TL不相等,= TL的矩形波稱為方波，而方波發(fā)生電路的構(gòu)成我們可選擇滯回比較器作為開關(guān)，用電阻與電容相串聯(lián)的RC電路作為具有延遲作用的反饋網(wǎng)絡(luò)。它的右邊是滯回比較器，起開關(guān)作用；他的左邊是RC電路，起反饋和延時(shí)作用。 滯回比較器的輸出只有高電平和低電平兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。設(shè)接通電源時(shí)刻電容兩端的電壓UC=0，滯回比較器的輸出電壓U0=+UZ，則集成運(yùn)放同相輸入端此時(shí)的電位為 U+ =R2/R2+R3（+UZ）而U0=+UZ時(shí)電容充電，使集成運(yùn)放反向輸入端的電位U（它等于UC）由零逐漸上升。在U低于U+以前，U0=+UZ不變。當(dāng)U上升到略高于U+時(shí)，U0從高電平跳變?yōu)榈碗娖?，即變?yōu)閁Z。 當(dāng)U0=UZ時(shí)，U+=R2/R2+R3（UZ），同時(shí)電容經(jīng)R1放電，使U逐漸下降。在U高于U+以前，U0=UZ不變，當(dāng)U下降到略低于U+時(shí)，U0從UZ跳變?yōu)?UZ，又回到初始狀態(tài)。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，輸出方波。振蕩周期 由圖可知，UC的值從T1時(shí)刻的R2/R2+R3（UZ）下降到T2時(shí)刻的R2/R2+R3（UZ）所需要的時(shí)間就是振蕩周期的一半，即而UC的變化規(guī)律就是簡單的