被动式红外人体探测传感器

1、人体探测1 1、目前人体探测，基本分为以下几种方式：、目前人体探测，基本分为以下几种方式： （1 1）电场成像探测；电场成像探测； （2 2）微波多普勒探测；）微波多普勒探测； （3 3）红外成像红外成像& &视频成像视频成像检测；检测； （4 4）红外线被动式传感器探测；红外线被动式传感器探测； 2 2、主要应用领域：、主要应用领域： （1 1）红外线被动式传感器探测；）红外线被动式传感器探测； 安防监控报警，灯光控制等安防监控报警，灯光控制等 （2 2）微波多普勒探测；）微波多普勒探测； 生命探测仪等；生命探测仪等； （3 3）电场成像探测；）电场成像探测； 汽车安全气囊，汽车安全应用汽车

2、安全气囊，汽车安全应用 （4 4）红外成像）红外成像& &视频成像检测视频成像检测 安防监控等领域安防监控等领域 电场传感器一种新型的物体探测器件，它发射一定频率的电场波，通过测量布置在被测物体周围的多个个电极空间上分布电容的微小变化来得到被测物体的位置、大小和相对位移变化信息。电场传感器可以方便地用于非接触探测高度等信息，以及在汽车安全系统中探测座位上人的位置及体积等信息。电传感器在人体探测场合应用也较多，这个现在在高档汽车的人体探测中应用很广泛，类似多相流检测领域的电容层析成像（ECT），在安全气囊弹出上应用很多，可探测是小孩还是大人，以防安全气囊对小孩或者人造成伤害，多用于高档汽车，该原

3、理能够探测物体的形状等信息，较为精确，因需要使用多个极板，和空间分布，需要较高速度的调理电路和处理电路，成本较高。微波多普勒人体探测，微波多普勒人体探测，这个就是在救灾是常用的生命探测仪的原理，这个根据的是微波多普列效应，探测人的心跳和体格运动来探测人的生命体征。这个检测很准确，通过微波发射检测，检测物体微动十分精确灵敏，但是该方法成本很高，并带有一定功率的微波辐射。红外&视频成像人体探测，这个是比较好的方法，这个也比较容易实现，目前鉴别算法很成熟了，但是同样的是不能甄别静止的物体，首先有红外或者视频CCD成像，还要有处理器对成像信号进行比对，通过比对图像差异来确定是否有人或者物体进入，该方法

4、能够探测较小的位移，能够实现人体的大小，形状等辨别，但是这个方法成本也很高，这个需要很好的硬件和软件来实现鉴别算法！在自然界，任何高于绝对温度（在自然界，任何高于绝对温度（- 273- 273度）时物体都将产生红外光谱，度）时物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。长与温度的高低是相关的。根据这一特性可知，人体也是一个热体，人体都有恒定的体温，一般根据这一特性可知，人体也是一个热体，人体都有恒定的体温，一般在在36-3736-37度度，所以会发出特定波长，所以会发出特定

5、波长7-107-10微米左右的红外线，根据这一微米左右的红外线，根据这一特性，可以制造出相应的波段敏感的红外传感器探测人体的存在。特性，可以制造出相应的波段敏感的红外传感器探测人体的存在。根据被动式红外探头就是靠探测人体发射的根据被动式红外探头就是靠探测人体发射的1010微米左右的红外线而进微米左右的红外线而进行工作的。人体发射的行工作的。人体发射的1010微米左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后微米左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷

6、平衡，向外释放电接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能荷，后续电路经检测处理后就能产生产生检测检测信号。信号。目前该方法因成本低廉，可应用技术成熟，在安防报警等人体检测领目前该方法因成本低廉，可应用技术成熟，在安防报警等人体检测领域得到广泛应用。域得到广泛应用。红外热释电传感器如右图：红外热释电传感器如右图：热热释电传感器利用热释电效应，是一种温度敏释电传感器利用热释电效应，是一种温度敏感传感器。当传感器监测范围内温度有感传感器。当传感器监测范围内温度有T T的的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷

7、荷Q Q，即在两电极之间产生一微弱电压，即在两电极之间产生一微弱电压V V。当环境温度稳定不变时，当环境温度稳定不变时，T=0T=0，传感器无输，传感器无输出。当人体进入检测区时，因人体温度与环境出。当人体进入检测区时，因人体温度与环境温度有差别，产生温度有差别，产生T T，则有信号输出；若人，则有信号输出；若人体进入检测区后不动，体进入检测区后不动，Q Q随着空气电离消失，随着空气电离消失，则温度没有变化，传感器也没有输出，所以这则温度没有变化，传感器也没有输出，所以这种传感器能检测人体或者动物的活动。由于传种传感器能检测人体或者动物的活动。由于传感器的探测角度和距离的限制，通常会通过增感器

8、的探测角度和距离的限制，通常会通过增加菲涅耳透镜，把红外光线分成可见区和盲区，加菲涅耳透镜，把红外光线分成可见区和盲区，同时又有聚焦的作用，使热释电人体红外传感同时又有聚焦的作用，使热释电人体红外传感器器 （PIRPIR） 灵敏度大大增加，可以提高传感灵敏度大大增加，可以提高传感器的灵敏度器的灵敏度。1 1、敏感元件：、敏感元件：是是用热释电人体红外材料用热释电人体红外材料( (通常是锆钛酸铝通常是锆钛酸铝) )制成的，先把热释电材料制成很小的薄片，制成的，先把热释电材料制成很小的薄片，再在薄片两面镀上电极，构成两个串联的再在薄片两面镀上电极，构成两个串联的有极性的小电容器。将极性相反的两个敏

9、有极性的小电容器。将极性相反的两个敏感元做在同一晶片上，是为了抑制由于环感元做在同一晶片上，是为了抑制由于环境与自身温度变化而产生热释电信号的干境与自身温度变化而产生热释电信号的干扰扰，如右图所，如右图所示。而热释电人体红外传感示。而热释电人体红外传感器在实际使用时，前面要安装透镜，通过器在实际使用时，前面要安装透镜，通过透镜的外来红外辐射只会聚在一个敏感元透镜的外来红外辐射只会聚在一个敏感元上，以增强接收信号。热释电人体红外传上，以增强接收信号。热释电人体红外传感器的特点是它只在由于外界的辐射而引感器的特点是它只在由于外界的辐射而引起它本身的温度变化时，才给出一个相应起它本身的温度变化时，才

10、给出一个相应的电信号，当温度的变化趋于稳定后就再的电信号，当温度的变化趋于稳定后就再没有信号输出，所以说热释电信号与它本没有信号输出，所以说热释电信号与它本身的温度的变化率身的温度的变化率成正比。成正比。热释电人体红外传感器热释电人体红外传感器(PIP)(PIP)一般都采用一般都采用差动平衡结构，由敏感元件、场效应管，差动平衡结构，由敏感元件、场效应管，高值电阻等组成。高值电阻等组成。2 2、场效应、场效应管和高阻值管和高阻值电阻：电阻：通常通常敏感元件材料阻值高达敏感元件材料阻值高达1010的的1313次方欧姆。因此，要用场效应管进次方欧姆。因此，要用场效应管进行阻抗变换，场效应管行阻抗变换

11、，场效应管常用来常用来构成源极跟随器，高阻值电阻构成源极跟随器，高阻值电阻RgRg的作用的作用是释放栅极电荷，使场效应管正常工作。一般在源极输出接法下，源是释放栅极电荷，使场效应管正常工作。一般在源极输出接法下，源极电压约为极电压约为0.40.41.0V1.0V。通过场效应管，传感器输出信号就能用普通。通过场效应管，传感器输出信号就能用普通放大器进行处理。放大器进行处理。3 3、滤光窗：滤光窗：热热释电人体红外传感器中的敏感元件是一种广谱材料，能探测各种波释电人体红外传感器中的敏感元件是一种广谱材料，能探测各种波长辐射。为了使传感器对人体最敏感，而对太阳、电灯光等有抗干扰长辐射。为了使传感器对

12、人体最敏感，而对太阳、电灯光等有抗干扰性，传感器采用了滤光片作窗口，即滤光窗。滤光片是在性，传感器采用了滤光片作窗口，即滤光窗。滤光片是在S S基板上镀基板上镀多层膜做成多层膜做成的的。人体辐射的红外线最强的波长正好在滤光片的响应波人体辐射的红外线最强的波长正好在滤光片的响应波长长7.5147.514微米的中心处。故滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，微米的中心处。故滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而阻止太阳光、灯光等可见光中的红外线通过，免除干扰。所以，而阻止太阳光、灯光等可见光中的红外线通过，免除干扰。所以，热热释电人体红外传感器只对人体和近似人体体温的物体有敏感作用。释电人体红外

13、传感器只对人体和近似人体体温的物体有敏感作用。热释电人体红外传感器只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。热释电人体红外传感器只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。不加菲涅尔透镜时，该传感器的探测半径可能不足不加菲涅尔透镜时，该传感器的探测半径可能不足2m2m，配上菲涅尔，配上菲涅尔透镜则可达透镜则可达10m10m，甚至更远。菲涅尔透镜是用普遍的聚乙烯制成的，甚至更远。菲涅尔透镜是用普遍的聚乙烯制成的，安装在传感器的前面。菲涅尔透镜实际是一个透镜组，当光线通过安装在传感器的前面。菲涅尔透镜实际是一个透镜组，当光线通过透镜单元后，在其反面则形成明暗相间的可见区和盲区。每个透镜透镜单元后，在其反

14、面则形成明暗相间的可见区和盲区。每个透镜单元只有一个很小的视场角，视场角内为可见区，之外为盲区。而单元只有一个很小的视场角，视场角内为可见区，之外为盲区。而相邻的两个单元透镜的视场既不连续，更不交叠，却都相隔一个盲相邻的两个单元透镜的视场既不连续，更不交叠，却都相隔一个盲区。当人体在这一监视范围中运动时，顺次地进入某一单元透镜的区。当人体在这一监视范围中运动时，顺次地进入某一单元透镜的视场，又走出这一视场，热释电传感器对运动的人体一会儿看到，视场，又走出这一视场，热释电传感器对运动的人体一会儿看到，一会又看不到，再过一会儿又看到，然后又看不到，于是人体的红一会又看不到，再过一会儿又看到，然后又

15、看不到，于是人体的红外线辐射不断改变热释电体的温度，使它输出一个又一个相应的信外线辐射不断改变热释电体的温度，使它输出一个又一个相应的信号。输出信号的频率大约为号。输出信号的频率大约为0.110Hz0.110Hz，这一频率范围由菲涅尔透镜、，这一频率范围由菲涅尔透镜、人体运动速度和热释电人体红外传感器本身的特性决定。根据一特人体运动速度和热释电人体红外传感器本身的特性决定。根据一特性，可以探测有物体移动，产生探测信号。性，可以探测有物体移动，产生探测信号。优点优点： 传感器以及外围电路构造简单、价格传感器以及外围电路构造简单、价格低廉、技术性能低廉、技术性能稳定。稳定。 缺点缺点： 1 1、容

16、易、容易受各种热源、光源干扰受各种热源、光源干扰 ，被动，被动红外穿红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。探头接收。 2 2、易、易受射频辐射的干扰。受射频辐射的干扰。 3 3、环境温度、环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。度明显下降，有时造成短时失灵。 4 4、红外线、红外线热释电传感器对人体的敏感程度还热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感器对于径向移动反应最不敏感, , 而对于

17、横切方而对于横切方向向 ( (即与半径垂直的方向即与半径垂直的方向) )移动则最为移动则最为敏感。敏感。 5 5、红外线热释电传感器敏感元件上的、红外线热释电传感器敏感元件上的由于温由于温度变化引起的度变化引起的Q Q由于由于空气空气电离作用电离作用，会慢慢，会慢慢抵消，因此对于抵消，因此对于缓慢的缓慢的变化温度场传感器变化温度场传感器则没则没有有响应，所以响应，所以PIRPIR传感器仅对传感器仅对人体人体移动快的，移动快的，且环境温度与人体温度差异大的地方才会比较且环境温度与人体温度差异大的地方才会比较灵敏。灵敏。红外线红外线热释电人体热释电人体传感器由于抗干扰能力较差，因此只能传感器由于抗干扰能力较差，因此只能安装在室内，安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的其误报率与安装的位置和方式有极大的关系。关系。正确正确的安装应满足下列条件的安装应满足下列条件： 1 1。红外线热释电传感器。红外线