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正文內(nèi)容

畢業(yè)設(shè)計(jì)紅外感應(yīng)式樓道照明開關(guān)的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-01-08 17:59 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 當(dāng)傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆??粕厴I(yè)設(shè)計(jì)(論文) 7 ΔT 的變化時(shí),熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上會(huì)產(chǎn)生電荷 ΔQ ,即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓 ΔV 。由于它的輸出阻抗極高,所以傳感器中有一個(gè)場效應(yīng)管進(jìn)行 阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷 ΔQ 會(huì)跟空氣中的離子所 結(jié)合而消失,當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí), ΔT=0 ,傳感器無輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū)時(shí),因人體溫度與環(huán)境溫度有差別,產(chǎn)生 ΔT ,則有信號(hào)輸出;若人體進(jìn)入檢測區(qū)后不動(dòng),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或者動(dòng)物的活動(dòng)。傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋電元件 PZT、場效應(yīng)管 FET 等組成。其中,濾光片設(shè)置在窗口處,組成紅外線通過的窗口。濾光片為 6mm 多層膜干涉濾光片,對太陽光和熒光燈光的短波長(約 5mm 以下)可很好濾除。熱釋電元件 PZT 將波長在 8mm12mm 之間的紅外信號(hào)的微弱變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),為了只對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。 如圖 所示 對不同的傳感器來說,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P P2。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 懸浮電荷 溫度變化 熱平衡條件 T[K] 極化 溫度變化造成極化 T+ △ T[K] 熱能 圖 熱釋電效應(yīng)的形成原理 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 8 圖 熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路 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 P P2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,P P2 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(一般為 ~10Hz),即傳感器對紅外光的波長的敏感范圍很窄(一般為 5~15um),因此,傳感器對它們不敏感。 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 P P2 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)(一般為 ~10Hz)和對特定波長紅外線(一般為 5~15um)的響應(yīng)決定了傳感器只對外界的紅外線的輻射而引起傳感器的溫河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 9 度的變化而敏感,而這種變化對人體而言就是移動(dòng)。所以,傳感器對人體的移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)敏感,對靜止或移動(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。 濾光窗 表 SCA021的主要電參數(shù)。 項(xiàng) 目 參 數(shù) 條 件 電源電壓 ~ 源 極電壓 ~ 25 . C 源極阻抗 47KΩ Id=6~43uA 電 平 衡 10%Max) 頻率響應(yīng) ~30Hz 12db( Max) 響應(yīng)波長 ~14um 平均大于 70% 工作溫度 10~+50 。 C 它是由一塊薄玻璃片鍍上多層濾光層薄膜而成的,濾光窗能有效地濾除~14um 波長以外的紅外線。例如, SCA021 對 ~14um 波長的紅外線的穿透量為 70%,在 處時(shí)下降為 65%,而在 %; 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λ m*T=2989( um k)(其中λ m為最大波長, T為絕對溫度)。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λ m=2989/( 309~)=~,中心波長為 。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。 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆??粕厴I(yè)設(shè)計(jì)(論文) 10 綜上所述,傳感器只對移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的人體和體溫近似人體的物體起作用。 熱釋電紅外線傳感器的優(yōu)缺點(diǎn) 不同于主動(dòng)式紅外傳感器,被動(dòng)紅外傳感器本身不發(fā)任何類型的輻射,隱蔽性好,器件功耗很小,價(jià)格低廉。 但是,被動(dòng)式熱釋電傳感器也有缺點(diǎn),如: ,容易受各種熱源、光源干擾; ,人體的紅外輻射容易被遮擋,不易被探頭接收; ; ,探測和靈敏度明顯下降,有時(shí)造成短時(shí)失靈; ,對徑向 方向運(yùn)動(dòng)的 物體檢測能力比較差 抗干擾性能: 探測器安裝在推薦地使用高度,對探測范圍內(nèi)地面上地小動(dòng)物,一般不產(chǎn)生報(bào)警。 探測器的抗電磁波干擾性能符合 GB10408 中 4 6 1 要求,一般手機(jī)電磁干擾不會(huì)引起誤報(bào)。 探測器在正常靈敏度的范圍內(nèi),受 3 米外 H4鹵素?zé)敉高^玻璃照射,不產(chǎn)生報(bào)警。 紅外線熱釋電傳感器的安裝要求 : 紅外線熱釋電人體傳感器只能安裝在室內(nèi),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。 ,冰箱,火爐等空氣溫度變化敏感的地方。 、家具、大型盆景或其他隔離物。 ,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人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感 , 而對于橫切方向 (即與半徑垂直的方河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆??粕厴I(yè)設(shè)計(jì)(論文) 11 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探頭誤報(bào)、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環(huán)。 圖 菲涅爾透鏡 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。上圖為它的平面圖。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),視角外為盲河北工業(yè)大學(xué)
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