【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 可以發(fā)現(xiàn)溫度異常的 部位，及時(shí)對(duì)疾病進(jìn)行診斷治療（見(jiàn)熱像儀）；利用人造衛(wèi)星上的紅外線傳感器對(duì)地球云層進(jìn)行監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)大范圍的天氣預(yù)報(bào)；采用紅外線傳感器可檢測(cè)飛機(jī)上正在運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī) 的過(guò)熱情況等。 具有紅外傳感器的望遠(yuǎn)鏡可用于軍事行動(dòng)，林地戰(zhàn)探測(cè)密林中的敵人，城市戰(zhàn)中探測(cè)墻后面的敵人，以上均利用了紅外線傳感器測(cè)量人體表面溫度從而得知敵人所在地。 被動(dòng)式紅外傳感器 被動(dòng)式紅外探測(cè)器不需要附加紅外輻射光源，本身不向外界發(fā)射任何能量，而是由探測(cè)器直接探測(cè)來(lái)自移動(dòng)目標(biāo)的紅外輻射，因此才有被動(dòng)式之稱。被動(dòng)式紅外探測(cè)器是利用熱釋電 效應(yīng)進(jìn)行探測(cè)的。被動(dòng)式紅外探測(cè)器又稱為熱釋電紅外探測(cè)器，其主要工作原理便是熱釋電效應(yīng)。熱釋電效應(yīng)是指如果某些強(qiáng)介電質(zhì)材料（如釺酸鋇、釺醋酸鉛等）的表面中國(guó)地質(zhì)大學(xué)江城學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 溫度發(fā)生變化，則隨著溫度的上升或下降，材料表面發(fā)生變化，即表面上就會(huì)產(chǎn)生電荷的變化，從而使物質(zhì)表面電荷失去平衡，最終電荷變化將以電壓或電流的形式輸出。 被動(dòng)式紅外 傳感 器的核心部件是紅外探測(cè)器件（紅外傳感器），通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的配合作用，它可以探測(cè)到位某一個(gè)立體防范空間內(nèi)的熱輻射的變化。當(dāng)防范區(qū)域內(nèi)沒(méi)有移動(dòng)的人體等目標(biāo)時(shí)，由于所有背景物體（如墻、家具等）在室溫下紅 外輻射的能量比較小，而且基本上是穩(wěn)定的，所有不能觸發(fā)報(bào)警。當(dāng)有人體在探測(cè)區(qū)域內(nèi)走動(dòng)時(shí)，就會(huì)造成紅外熱輻射能量的變化。紅外傳感器將接收到的活動(dòng)人體與背景物體之間的紅外熱輻射能量的變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)適當(dāng)?shù)奶幚砗螅屯鶊?bào)警控制器，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 ⑴ 、被動(dòng)式紅外探測(cè)器屬于空間控制型探測(cè)器。其本身不向外界輻射任何能量，其功耗小，普通的電池就可以維持長(zhǎng)時(shí)間的工作。 ⑵ 、由于紅外線的穿透性能較差，在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)不應(yīng)有障礙物，否則會(huì)造成探測(cè) “ 盲區(qū) ” 。 ⑶ 、為了防止誤報(bào)警，不應(yīng)將被動(dòng)式紅外探測(cè)器探頭對(duì)準(zhǔn)任何溫 度會(huì)快速改變的物體，特別是發(fā)熱體。 ⑷ 、在選擇安裝位置時(shí)，應(yīng)使探測(cè)器具有最大的警戒范圍，使可能的入侵者都能處于警戒范圍，使可能的入侵者都能處于紅外警戒的光束范圍之內(nèi)。并使入侵者的活動(dòng)有利于橫向穿越光束帶區(qū)，可以提高探測(cè)的靈敏度。 ⑸ 、產(chǎn)品類型有壁掛式和吸頂式被動(dòng)紅外探測(cè)器。 ⑹ 、由于被動(dòng)式紅外探測(cè)器是以被動(dòng)方式工作，所以同一室內(nèi)安裝數(shù)個(gè)，也不會(huì)產(chǎn)生干擾。 熱釋電紅外線傳感器簡(jiǎn)介 熱釋電紅外線傳感器及濾光片 熱釋電紅外線傳感器及濾光片 (也稱被動(dòng)式傳感器 )是接收物體輻射的紅外線 并把它轉(zhuǎn)為電 信號(hào)的一種原件，通常是由兩個(gè)極性相反的傳感元件串聯(lián)連接，并與一個(gè)高阻和一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管組裝在一起電路原理見(jiàn)框下圖。它可以根據(jù)應(yīng)用的需要，設(shè)計(jì)成兩個(gè)傳感元件都用于接收紅外線輻射或僅一個(gè)傳感元件用也接收紅外輻射（另一個(gè)被遮擋）。熱釋電傳感器對(duì)交變的紅外輻射產(chǎn)生響應(yīng)，對(duì)于先后入射到兩個(gè)傳感元件上的輻射信號(hào)將產(chǎn)生正或負(fù)的信號(hào)輸出，當(dāng)輻射信號(hào)同時(shí)入射到兩個(gè)傳感元件上，由于兩個(gè)傳感元件極性相反連接，所以信號(hào)就會(huì)相互抵消，沒(méi)有輸出。 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)江城學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 因此用雙原傳感元件制成的熱釋電傳感器對(duì)環(huán)境溫度的變化，背景輻射和受振動(dòng)產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲都 具有良好的補(bǔ)償作用，使傳感器在實(shí)際使用中能穩(wěn)定可靠。 紅外線在空氣中透射會(huì)被大氣中的水蒸氣和有些氣體分子所吸收，透射率較高的區(qū)域稱大氣窗口見(jiàn)。為了提高物體輻射的紅外線在大氣中的對(duì)比度，傳感器的光譜帶也要與大氣窗口吻合，通常在熱釋電傳感器前加一快 8— 14UM 的光學(xué)干涉濾光片。濾光片能有效的讓帶寬內(nèi)的紅外輻射通過(guò)而抑制帶寬外的成分，特別是能抑制近紅外的輻射對(duì)熱釋電傳感器的干擾。 菲涅爾透鏡 紅外輻射雖然是不可見(jiàn)的，但它的聚焦與一般的光學(xué)成像一樣，滿足下試：1/V+1/U=1/F 由于紅外輻射的 波長(zhǎng)較長(zhǎng)且波段較寬，所以一般的玻璃光學(xué)透視（除了近無(wú)法使其透過(guò)和聚焦。有很多材料能用于紅外的透視和聚焦，但比較實(shí)用的是采用一種由低到密度聚乙烯（也稱高壓聚乙烯）材料做成的成為菲涅爾透鏡來(lái)對(duì)紅外輻射進(jìn)行聚焦。菲涅爾透鏡保留了透鏡的緣由曲率半徑，使其具有聚焦的功能，又減少了透復(fù) L 的體積和重量且有可塑性，不一損壞。根據(jù)應(yīng)用的需要可以制成不同的焦距，不同視場(chǎng)的菲涅爾透鏡 例如對(duì)遠(yuǎn)距離的紅外輻射進(jìn)行聚焦的單試場(chǎng)小角度的透鏡，和用于近距離的大角度進(jìn)行聚焦的多視透鏡 熱釋電人體紅外傳感器只有配合菲涅爾透鏡實(shí)用才能發(fā)揮 最大的作用。 不加菲涅爾透鏡時(shí)，該傳感器的探測(cè)半徑可能不足 2m，配上菲涅爾透鏡側(cè)可 10m，甚至更遠(yuǎn)。菲涅爾透鏡是用普遍的聚乙烯制成的，安裝在傳感器的前面。菲涅爾透鏡實(shí)際是一個(gè)透鏡組，當(dāng)光線通過(guò)透鏡單元后，在其反面則形成明暗相間的可見(jiàn)區(qū)和盲區(qū)。每個(gè)透鏡單元只有一個(gè)很小的視場(chǎng)角，視場(chǎng)角內(nèi)位可見(jiàn)區(qū)，之外為盲區(qū)。而相鄰的兩個(gè)單元透鏡的視場(chǎng)既不連續(xù)，更不交疊，卻都相隔一個(gè)盲區(qū)。當(dāng)人體在這一監(jiān)視范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，順次地進(jìn)入某一單元的透視的視場(chǎng)，又走出這一視場(chǎng)，熱釋電傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)的人體一會(huì)兒看到，一會(huì)兒又看不到，再過(guò)一會(huì)兒又 看得到，然后又看不到，于是人體的紅外線輻射不斷的改變熱釋電體的溫度，使它輸出一個(gè)又一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)。，輸出信號(hào)的頻率大約 ，這一頻率范圍由菲涅爾透鏡人體運(yùn)動(dòng)速度和熱釋電人體紅外傳感器本身的特性決定。根據(jù)這中國(guó)地質(zhì)大學(xué)江城學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 一特性，可以探測(cè)物體移動(dòng)，產(chǎn)生探測(cè)信號(hào)。 人體熱釋電紅外傳感器和應(yīng)用介紹被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性：一般人體都有恒定的體溫，一般在 37 度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng) 10UM 左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的 10UM 左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的 10UM 左右的紅外線通過(guò)菲尼爾 濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，電后續(xù)電路經(jīng)檢驗(yàn)處理后即可產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。 1)這種探頭是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的。所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為 10UM 左右的紅外輻射必須非常敏感。 2)為了僅僅對(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尼爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。 3)被動(dòng)紅外探頭，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元 件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測(cè)器無(wú)信號(hào)輸出。 4)一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過(guò)部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理而報(bào)警。 5)菲尼爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距（感應(yīng)距離），從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場(chǎng)，視場(chǎng)越多，控制越嚴(yán)密。在電子防盜、人體探測(cè)器領(lǐng)域中，被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器的應(yīng)用非常廣泛，因其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。 熱釋電紅外線傳感器的工作特點(diǎn) 熱釋電紅 外線傳感器通過(guò)接受人體輻射的特定波長(zhǎng)的紅外線，可將其轉(zhuǎn)化為與人體運(yùn)動(dòng)速度、距離、方向有關(guān)的低頻信號(hào)。當(dāng)熱釋電紅外線傳感器受到紅外輻射源的照射時(shí)，其內(nèi)部敏感材料的溫度將升高，極化強(qiáng)度減弱，表面電荷減少，通常將釋放掉的這部分電荷稱為熱釋電電荷。由于熱釋電電荷的多少可以反映出材料溫度的變化，所以由熱釋電電荷經(jīng)電路變成的輸出電壓也同樣可以反映出材料的溫度變化，從而探測(cè)出紅外輻射能量的變化。紅外探測(cè)器的光學(xué)系統(tǒng)可以將來(lái)自多個(gè)方向的紅外輻射能量聚焦在探測(cè)器上，這樣紅外探測(cè)器就可以探測(cè)到某一個(gè)立體探測(cè)空間內(nèi)熱輻射的變化。 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)江城學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 14 當(dāng)防范區(qū)域內(nèi)沒(méi)有移動(dòng)的人體時(shí)，由于所有的背景物體（如墻壁、家具等）在室溫下紅外輻射的能量很小，而且基本上是穩(wěn)定的，所以不會(huì)觸發(fā)報(bào)警器。但有人體突然進(jìn)入探測(cè)區(qū)時(shí)，會(huì)造成紅外輻射能量的突然變化，紅外探測(cè)器將收到的活動(dòng)人體與背景物體之間的紅外輻射能量的變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，電信號(hào)的大小，決定于敏感元件溫度變化的快慢，經(jīng)過(guò)后級(jí)比較器與狀態(tài)控制器產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)，送往報(bào)警器，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。紅外探測(cè)器的探測(cè)波長(zhǎng)為 814um，人體的紅外輻射波長(zhǎng)正好處于這個(gè)范圍之內(nèi)，因此能較好的探測(cè)到人體的活動(dòng)。被動(dòng)式紅外探測(cè)器屬 于空間控制型探測(cè)器，其警戒范圍在不同方向呈多個(gè)單波束狀態(tài)，組成錐體感熱區(qū)域，構(gòu)成立體警戒。 熱釋電紅外線傳感器電路圖 熱釋電紅外線傳感器是 80 年代發(fā)展起來(lái)的一種新型高靈敏度探測(cè)元件。是一種能檢測(cè)人體發(fā)出的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器，它能組成防入侵報(bào)警器或各種自動(dòng)化節(jié)能裝置。他能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。將該電信號(hào)放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路。 熱釋電紅外線傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 2 圖 2 熱釋電紅外線傳感器應(yīng)用圖 3 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)江城學(xué)院畢業(yè)論文