热释电红外传感器原理教程-黄琛整理PPT课件

热释电红外装置,多处资料来自网络整合处理：粤东高级技工学校黄琛,2020/5/23,1,热释电红外传感,(一)热释电红外传感的应用,(二)热释电红外传感器的工作原理,(三)热释电红外传感器应用设计,2020/5/23,2,红外传感器在生活中的应用,2020/5/23,3,红外传感器在生活中的应用,1.“有电，危险”安全警示电路用于有电的场合，当有人进入这些场合时，通过发出语音和声光提醒人们注意安全。2.自动门主要用于银行、宾馆。当有人来到时，大门自动打开，人离开后又自动关闭。3.红外线防盗报警器用于银行、办公楼、家庭等场合的防盗报警。4.高速公路车辆车流计数器5.自动开、关的照明灯，人体接近自动开关等。,2020/5/23,4,热释电红外传感器的工作原理,1.光谱基础2.人体辐射3.热释电核心探头,(二),2020/5/23,5,红外传感器的工作原理光谱基础,红外线属于一种电磁射线，其特性等同于无线电或X射线。人眼可见的光波是380nm-780nm，发射波长为780nm-1mm的长射线称为红外线,2020/5/23,6,红外传感器的工作原理人体辐射,任何发热体都会产生红外线辐射的红外线波长跟物体温度有关。表面温度越高,辐射能量越强。最强波长和温度的关系满足m*T=2989（um.k）人体的正常体温为3637.5。C，其辐射的最强的红外线的波长为9.679.64um，中心波长为9.65um。,2020/5/23,7,2020/5/23,8,2020/5/23,9,2020/5/23,10,2020/5/23,11,2020/5/23,12,2020/5/23,13,2020/5/23,14,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，其极化产生正、负电荷,随温度的变化而变化。,红外传感器的工作原理热释电核心探头,热电元,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。,2020/5/23,15,2020/5/23,16,2020/5/23,17,红外传感器的工作原理热释电核心探头,端接电源正极，端接电源负极，端为信号输出,热电元,2020/5/23,18,红外传感器的工作原理热释电红外探头,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104，故引入的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。,2020/5/23,19,滤光窗-由一块薄玻璃片镀上多层滤光层薄膜而成的，能有效地滤除7.014um波长以外的红外线。人体正常体温时，辐射的最强的红外线的中心波长为9.65um,正好落在滤光窗的响应波长（714um）中心。,传感器只对移动或运动的人体、体温近似人体的物体起作用。,故滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而最大限度地阻止阳光、灯光等可见光中的红外线的通过，以免引起干扰。,红外传感器的工作原理热释电红外探头,2020/5/23,20,（1）人体经过探头先后被A源或被B源感应，SaSb产生差值，双源失去互补平衡作用而很敏感地产生信号输出，见图（3C）。（2）人对着探头呈垂直状态运动，Sa=Sb不产生差值，双源很难产生信号输出。,红外传感器的工作原理,2020/5/23,21,径向移动反应最不敏感,而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感.在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。,2020/5/23,22,聚光系统菲涅尔镜片,2020/5/23,23,菲涅尔镜片的原理和应用,2020/5/23,24,各式各样的菲涅尔镜片,2020/5/23,25,2020/5/23,26,2020/5/23,27,2020/5/23,28,2020/5/23,29,2020/5/23,30,2020/5/23,31,2020/5/23,32,菲涅尔镜片是红外线探头的“眼镜”，它就象人的眼镜一样，配用得当与否直接影响到使用的功效，配用不当产生误动作和漏动作，致使用户或者开发者对其失去信心。配用得当充分发挥人体感应的作用，使其应用领域不断扩大。,2020/5/23,33,菲涅尔透镜的作用有两个：一是聚焦作用，即将探测空间的红外线有效地集中到传感器上。不使用菲涅尔透镜时传感器的探测半径不足2米，只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。配上菲涅尔透镜时传感器的探测半径可达到10米。,聚集能量,菲涅尔镜片的原理和应用,2020/5/23,34,第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化的热释红外信号。,2020/5/23,35,下图是常用三区多段镜片区段划分、垂直和平面感应图。,菲涅尔镜片的原理和应用,2020/5/23,36,当人进入感应范围，人体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离A区或中距离B区或近距离C区的某个段的同心环上，同心环与红外线探头有一个适当的焦距，红外光正好被探头接收，探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。整个接收人体红外光的方式也被称为被动式红外活动目标探测器。,2020/5/23,37,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。被动红外报警器特点：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。,重要概念,2020/5/23,38,2020/5/23,39,2020/5/23,40,2020/5/23,41,2020/5/23,42,2020/5/23,43,2020/5/23,44,2020/5/23,45,练习作业：1、请用自己的语言简单的叙述一下你认为热释电红外系统可以应用在哪些地方。（请勿和课本中重复，并至少举出3个例子）2、请分析一下以下的几个位置安装的热释电监控装置探测效果好不好并说明为什么。A、动物园的蛇展览馆，监控蛇是否逃走。B、东莞某桑拿中心，监控顾客是否长时间未离开桑拿房（防止晕死）。C、学校计算机房防盗检测。D、枪械射击场靶区，人员远离监控。,2020/5/23,46,热释电红外传感器电路应用设计,1.热释电应用电路原理图2.典型电路设计分析(一)3.典型电路设计分析(二),2020/5/23,47,热释电红外传感器工作电路原理图,常用放大电路有哪些?,2020/5/23,48,典型电路设计分析(一),2020/5/23,49,具体电路应用设计分析(一),电路工作原理探头接收到人体释放的热释红外信号,经VT1、IC2两级放大,输入电压比较器IC3。其中RP为参考电压调节电位器，用来调节电路灵敏度，也就是探测范围。平时，参考电压（IC3的（2）脚电压）高于IC2的输入电压（IC3的（3）脚电压），IC3输出低电平。,2020/5/23,50,当有人进入探测范围时，探头输出探测电压，经VT1和IC2放大后使信号输出电压高于参考电压，这时IC3的（6）脚输出高电平，三极管VT2导通，继电器J1能通电吸合，接通开关。,2020/5/23,51,具体电路应用设计分析(一),电路中VT3、C7、R8、R10组成开机延时电路。当开机时，开机人的感应会使IC3输出高电平，造成误触发。开机延时电路在开机的瞬间，由电容C7的充电作用而使VT3导通，这样就使IC3输出的高电平经VT3通地，VT2可以保持截状态，防止了开机误触发。开机延时时间由C7与R8的时间常数决定，本例约20秒。,2020/5/23,52,典型电路设计分析(一),2020/5/23,53,元件选用IC2、IC3选用高输入阻抗的运算放大器CA3140，很适合于作微弱信号的放大级。电路调试电路调试主要是调节电位器RB，选择合适的参考电压，以达到最佳灵敏度。,2020/5/23,54,具体电路应用设计分析(二),BISS0001,BISS0001典型应用（95页）,2020/5/23,55,具体电路应用设计分析(二),红外热释电处理芯片BISS0001（94页）,2020/5/23,56,上图中，运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C3耦合给运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器，输出信号Vo经晶体管T1放大驱动继电器去接通负载。,2020/5/23,57,课本110页图热释电自动节能灯,2020/5/23,58,热释电控制自动节能灯工作原理分析：热释电传感器输出的探测信号十分微弱，要使这种信号控制一个电路，必须要将其放大6070dB，而且使用的放大器必须要限制在一定的带宽内，以防止噪声对它的干扰。热释电控制自动节能灯电路中的信号放大器由两部分组成，第一部分是由lCla、lClb组成的两级低频带通高增益放大器，第二部分是由lClc和lCld组成的双限电压比较器。NE555与Rll、C7组成一个脉冲启动的单稳态触发电路，一方面用来触发双向晶闸管VS，另一方面组成单稳态延时电路，使电灯在人离开时延时一段时间后自动关闭。,2020/5/23,59,2020/5/23,60,课本113页图婴儿睡眠状态监控器,2020/5/23,61,2020/5/23,62,2020/5/23,63,本例介绍的婴儿睡眠状态监视器是根据热释电红外传感器对移动的人体具有探测作用，能够使传感器输出探测信号，而对静止的人体则无输出信号的特点制作而成。婴儿睡眠状态良好时，身体安静，传感器无输出信号；当睡眠状态不良时，必然会出现身体、手脚不停地活动的现象。这样传感器便会有探测信号输出。工作原理婴儿睡眠状态监视器电路采用RDP-18作睡眠状态监测器，用监测器输出的信号去触发音乐发声电路，使其发出音乐信号，再通过调频无线电发射电路将音乐信号发射出去，使正在忙家务的父母在远离婴儿的地方来监视其睡眠状况。该监视器电路由热释电红外探测模块控制的电源开关、模拟音乐声发生和调频无线电发射等部分电路组成，如图所示。,2020/5/23,64,图中，热释电红外探测模块RDP-18和三极管开关电路组成的电源开关电路，控制着模拟音乐声发生电路KD9300和调频无线电发射电路的工作电源。当婴儿睡眠良好时，电源开关电路不导通；当婴儿睡眠不良，身体或手脚发生移动时，RDP-18输出探测信号低电平，VTl导通，接通电源开关，使音乐电路和无线电发射电路开始工作。模拟音乐声发生电路由KD9300组成，其内部存储有一首世界名曲，触发一次发声一次。它所发出的音乐信号由4脚输出，经C2藕合至调频无线电发射电路VT2的基极，对载频信号进行调频后向外发射。,2020/5/23,65,KD9300的工作电压为3V.调频无线电发射电路由V12、L、C3、C6及R2、R3等组成调频无线电发射电路，其发射频率在调频接收频率范围（88-108MHz）内。在接收端，可将一个袖珍式调频收音机装在口袋中，这样既不影响手中的工作，又可随时监听婴儿的睡眠状态，十分方便。元器件选择IC1宜选用浙江金华市江南无线电厂生产的新型热释电红外传感模块RDP-18，该模女对外有6根彩色引线，各引出线的功能为：红色线为电源正端，使用电源电压范围为6-9V;黄色线为外接延迟电容端，当黄色线悬空时，模块被触发输出脉冲宽度为电路内定的30s，如在黄线与绿线之间并接电容器可以加大输出脉冲宽度，即使输出延迟时间增加；绿色线为外接延迟电阻端，当黄、绿线间加接延迟电容时，需在绿色线与地之间加接延迟电阻，则输出脉冲宽度由外接延迟电容与延迟电阻值共同决定，如果短接模块的黄、绿线，则一旦模块被触发，输出端一直有输出，直到切断电源为止；白色线为指示输出端，可以直接驱动发光二极管；蓝色线为输出端，因模块内部为集电极开路输出，故为下拉式灌电流输出，可以直接驱动小型继电器动作；黑色线为地端，接电源负极。IC2选用内部存储有一首世界名曲的音乐集成电路KD93000VT1选用9012或3CG12型硅PNP中功率三极管，要求电流放大系数100；VT2选用9018或3DG142型等超高频、低噪声小功率硅NPN三极管，要求电流放大系数80,介）800MHz。VD选用一般红色发光二极管。C1、C2选用CTI低频瓷介电容器；C3一C7选用CT1高频瓷介电容器。L用0.8mm的漆包线在5mm的芯棒上绕4匝，在距上端1匝处抽头。SA用小型单刀单掷开关，G用4节5号干电池串联（配塑料电池架）而成，电压6V.制作与调试将所有电子元器件安装在一块自制的印制电路板上，并将其装人大小合适的塑料或木制盒内，在盒面上开孔固定好电源开关SA和发光二极管。接线无误后，接通电源，改变L匝间距离或C3的容量，可使该监视器发射的中心频率正好