热释电红外传感器Microsoft W.doc

所谓“热释电”是指传感器的材料在感受到温度变化后会产生电荷变化的现象。红外线具有显著的升温效应，人体、明火和高出环境温度的热体都向外辐射红外线。所以，热释电红外传感器常用于防盗(人体)入侵报警器、温度控制和自动照明控制中。一、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104M，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0220m。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干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。3 被动式红外报警器的结构原理31 结构被动式红外报警器主要由光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大、信号处理和报警电路等几部分组成。其结构框图如图2所示。图中， 菲涅尔透镜可以将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外探测元上，同时也产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电探测元要求信号不断变化的特性；热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件，它可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用；信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，为报警功能的实现打下基础。图3所示的是将待测目标、菲涅尔透镜、热释电红外传感器相结合使用时的工作原理示意图。 32 工作原理在该探测技术中，所谓“被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量变化来完成探测目的。被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化，并能使监控报警器产生报警信号，从而完成报警功能。图4所示是该报警器的工作电路原理图。当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时，电路中的传感器将输出电压信号，然后使该信号先通过一个由C1、C2、R1、R2组成的带通滤波器，该滤波器的上限截止频率为16Hz，下限截止频率为016Hz。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱（通常仅有1mV左右），而且是一个变化的信号，同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式（脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定，通常为0110Hz左右），所以应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大。本设计运用集成运算放大器LM324来进行两级放大，以使其获得足够的增益。当传感器探测到人体辐射的红外线信号并经放大后送给窗口比较器时，若信号幅度超过窗口比较器的上下限，系统将输出高电平信号；无异常情况时则输出低电平信号。在该比较器中，R9、R10、R11用做参考电压，两个运算放大器用做比较，两个二极管的主要作用是使输出更稳定。窗口比较器的上下限电压 即参考电压 分别为38V和12V。将这个高低电平变化的信号 上升沿信号 作为单稳电路HEF4538B的触发信号，并让其输出一个脉宽大约为10s的高电平信号。再用这一脉宽信号作为报警电路KD9561的输入控制信号，来使电路产生10s的报警信号，最后用三极管VT1和VT2再一次对电信号进行放大，以便有足够大的电流来驱动喇叭使其连续发出10s的报警声。4 结束语用热释电红外传感器设计的监控报警系统具有结构简单、成本低等优点。经过多次测试，该系统工作情况稳定。图4 热释电红外报警器只能安装在室内，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）报警器应离地面2.02.2米。（2）报警器应远离空调、冰箱、火炉等空气、温度变化比较敏感的地方。（3）报警器探测范围内不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。（4）报警器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的话最好把窗帘拉上。另外，报警器也不要安装在有强气流活动的地方。 二、热释电红外控制开关 本例介绍一款采用热释电红外传感器 (一种由高热电系数材料、阻抗匹配用场效应晶体管的滤光镜片等组成的新型敏感元件)和专用集成电路制作的热释电红外线控制开关，它在检测到人体发射的红外传感器信号后接通，使负载 (报警器或照明灯、排风扇等)通电工作。 电路工作原理 该热释电红外控制开关电路由热释红外传感器 (PIR)、热释电红外控制电路、光控电路和控制执行电路组成，如图3-66所示。 热释电红外控制电路由集成电路lC(SS0001)和电阻器RZ-R9、电容器Cl-C8组成。SS0001是热释电红外控制专用集成电路，其内部由输入放大器、双向限幅器、状态控制器、延时定时器、锁存定时器和基准电源等电路组成，如图3-67所示。 光控电路由光敏电阻器RG、电阻器Rl和IC第9脚内电路组成。 控制执行电路由电阻器RlO、晶体管V、二极管VD和继电器K组成。 热释电红外传感器应与非涅尔透镜配合使用，才能提高其灵敏度。在热释电红外传感器未检测到人体红外线信号时，IC的2脚输出低电平，V处于截止状态，K不吸合，负载电路不工作。 当有人在热释电红外传感器的有效检测区域内活动时，热释电红外传感器将接收到人体发出的红外信号，并将其转变成微弱的脉冲电压信号，此电压信号经lC内电路放大、鉴幅处理及定时控制后，从2脚输出控制高电平，使V导通，K吸合，负载电路通电工作。 在白天，光敏电阻器RG受光照射而呈低阻状态，IC的9脚 (触发禁止端)被锁定为低电平，使IC的2脚恒定输出低电平。夜晚，RG因无光照射而呈高阻状态，IC的g脚恢复为高电平，热释电红外控制开关又迸人警戒状态。若想该热释电红外控制开关白天、晚上均工作，可将RG去掉或在Rl两端并接一只小开关。 元器件选择 Rl-RlO选用1/4W碳膜电阻器或金属膜电阻器。 RG选用亮阻小于2Ok、暗阻大于2M的光敏电阻器。 Cl、C2和C6均选用耐压值为16V的铝电解电容器;C3-C5、C7和C8均选用独石电容器或涤纶电容器。 VD选用IN4007型硅整流二极管。 V选用S9013或C8050、58050、3DG8050型硅NPN晶体管。 IC选用SS0001或BISS0001型热释电红外传感控制集成电路。 热释电红外传感器可选用AMNl或陀28、SDO2等型号，配用Q-lA或CE-024型菲涅尔透镜。 K选用4098型直流继电器BISS0001是采用CMOS数模混合结构、具有DIP-16和SOIC-16两种封装的热释电红外传感信号处理集成电路。芯片内部集成了电压比较器、状态控制器、延时电路定时器、封锁时间定时器以及参考电压源等电路，常用于防盗报警器、自动门等各种自动开关。利用BISS0001构成的热释电红外延时照明控制器典型电路如图所示。该控制器能实现有人进入灯亮，人走灯灭控制。常用于浴室、储藏室、梳妆台镜前灯等自动控制。利用BISS0001构成的热释电红外延时照明控制器电路 二、电路结构及主要元器件选择： 由图可知，该热释电红外延时照明控制器由电源电路、红外延时控制电路和控制执行电路组成。其中，电源电路由电源变压器T、整流二极管VD1VD4、滤波电容C7、C9、旁路电容C8、三端稳压集成电路IC2组成。实际应用时，T常选用220V9V、5VA小型优质电源变压器；VD1VD4选用IN4001型硅整流二极管；IC2选用LM7805型三端稳压集成电路。220V交流电通过降压、整流、滤波和稳压后形成稳定的5V直流电压给整个控制电路供电。 红外延时控制电路由热释电红外传感器PIR、灵敏度电位器RP1、热释电红外传感信号处理集成电路BISS00O1（IC1）及延时元件R1、C2、电位器RP2、光敏电阻RG等外围元件组成。实际应用时，PIR常选用P2288、PH5324、LH1956型等热释电红外传感器，为了提高PIR传感器感受红外线的灵敏度，在传感器前应加装配套的抛物面形或半球形的菲涅耳透镜；RG选用MG45型等光敏电阻，且要求亮电阻与暗电阻相差倍数越大越好；RP1、RP2选用WSW型有机实心微调电位器。 控制执行电路由电子开关VT、固态继电器SSR和照明灯具H组成。实际应用时，VT常选用9013型硅NPN三极管，要求100；SSR选用JCX2FDC5V型过零紧凑型固态继电器；H可根据需要选用100W以下的白炽灯泡。 工作原理: 电路通电后，当无人进人热释电传感器PIR监控范围时，热释电红外传感信号处理集成电路BISS0001处于复位状态，控制信号输出端（第2脚）Vo输出低电平，电子开关VT处于截止状态，固态继电器SSR关断，照明灯具H不亮，控制器处于监控状态。 当有人进人热释电传感器PIR监控范围并移动时，PIR可将人体散发出的红外线变化转换为电信号输出，输出信号频率为0.110Hz。 RP2与RG组成光控电路，白天光敏电阻RG受自然光照射呈现低电阻，当BISS0001第9脚电平Vo02VDD时，触发禁止，BISSO00l等后级电路不工作，照明灯具H不亮。晚上或环境光线较暗时，RG阻值增大，当BISSOOOI第9脚电平玩02Vpp时，BISSOOOI处于监控状态，输出端仍为低电平。如果此时有人在PIR监控范围内移动，PIR便输出随人体移动而变化的电信号，通过RP1送人BISS00O1芯片内部独立高输人阻抗运算放大器OP1的输入端11N+（第14脚），经OP1前置放大后，由第16脚输出，经C4耦合到第13脚2IN-端，再经芯片内部第2级运算放大器OP2进行放大，然后经芯片内部双向鉴幅器处理，输出有效触发信号启动芯片内部的延时定时器TX，最后由状态控制器从BISSO001第2脚输出高电平控制信号，使电子开关VT导通驱动固态继电器SSR开通，照明灯具H点亮发光。 BISS0001第2脚输出高电平控制信号时间等于电路的延时时间，它由延时元件R1与C2的时间常数决定，图所示时间为15s。由于芯片第1脚接高电平，电路处于允许重复触发状态，即在延时时间（15s）内，只要人稍微移动一下，电路就重新被触发，第2脚再输出一个脉宽为15s的高电平信号。所以只要有人在浴室内，照明灯具H将始终被点亮。只有人离开后，延时15s后，电路复位，照明灯具H自动熄灭。参考资料：/data/Circuit-35151.html 电源电路电路的设计： 才求人体红外感应开关电路原理图及详细元件清单 2009-3-27 16:56 提问者：风660518 | 悬赏分：100 | 浏览次数：3758次差不多就行1.单极性设计:同普通墙壁开关(二线接驳),可接各类阻性负载(无需任何配件). 2.全自动感应:人来开关立即接通,人离开后延时自动关闭. 3.无触点电子开关:接通负载的瞬间无大的冲击电流,延长负载使用寿命. 4.自动测光:光线强时不感应(出厂设置),带感光调节(也可调节在任意光线下感应或全天侯感应). 5.自动随机延时(可连续延时方式):人在感应范围活动,开关始终接通,直到人离开后才自动关闭，(可选不连续延时方式). 6.延时时间可调:16秒-350秒(也可根据客户要求订做,订做范围零点几秒至30分钟). 技术参数 工作电压:AC180V-250V(50/60Hz) 负载特性：阻性负载（白炽灯、排气扇等） 负载功率：25W-200W 接线方式：单极性供电(二线接驳) 自身功耗:0.5W 感应范围:140度圆锥角,5-8米以内 延时时间:16秒-350秒(可调) 感 光 度:5LUX-500LUX(可调) 工作温度：-20-+50 应用范围 走廊、楼道、卫生间、地下室、仓库、车库等场所的自动照明、排气扇的自动抽风以及其它电器的自动控制等功能，同时可用于防盗等用途。原理红外感应开关的主要器件为人体热释电红外传感器。人体热释电红外传感器：人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出