基于红外传感器的目标探测抗干扰技术

1、基于红外传感器的目标探测抗干扰技术利用菲涅耳透镜避开环境红外光频率，确定红外接收器中带通滤波器的中心频率， 根据带通滤波器中心频率选择发射器的发射频率，根据接收器响应时间选择发射器发射 的红外光的调制频率；当探测器上的环境温度上升，放大器自身噪声干扰增大，匹配低噪放大 TOC o 1-5 h z 器提高信噪比，经由它对增益进行补偿，增加其灵敏度。目录 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 1引言 -1 -2红外传感器 -3 -红外传感器的分类 -3 -红外光电传感器 -3 - HYPERLINK l bookmark4 o Current Docum

2、ent 热释电红外传感器 -4 -3抗干扰措施 -6 -菲涅耳透镜 -6 -低噪放大器 -7 -En -In 噪声模型及测法 7低噪声放大器设计的措施 8光栅 -10-4应用实例 -11 -菲涅耳透镜应用 -11-光栅应用 -12-1引言红外传感器是利用红外辐射实现相关物理测量的一种传感器。红外传感器一般由光 学系统、探测器、信号调节电路和显示单元等组成。其中，红外探测器是红外传感器的 核心。红外探测器从工作原理可以分为量子探测器和热探测器。热释电红外传感器，菲涅耳透镜和噪声放大器是是传感器的关键元件。热释电红外传感器应用最为广泛。热释电传感器是一种被动式调制型温度敏感器 件，利用热释电效应工

3、作，它是通过目标与背景的温差来探测目标的。具响应速度虽不 如光子型，但由于它可在室温下使用、光谱响应宽、工作频率宽，灵敏度与波长无关， 容易使用。这种探测器，灵敏度高，探测面广，是一种可靠性很强的探测器。因此广泛 应用于各类入侵报警器，自动开关、非接触测温、火焰报警器等，目前生产有单元、双 元、四元、180。等传感器和带有PCB控制电路的传感器。常用的热释电探测器如：硫 酸三甘钛（TGS）探测器、花酸锹钢（SBN）探测器、包酸锂（LiTaO3）探测器、结 钛酸铅（PZT）探测器等。热释电红外传感器本身不发任何类型的辐射，器件功耗很 小，隐蔽性好。价格低廉。在电子防盗、人体探测器领域中，热释电红

4、外探测器的应用 非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。随着时代的不断进步，人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求，尤其是在 家居安全方面，不得不时刻留意那些不速之客。现在现在很多小区都安装了智能报警系 统，因而大大提高了小区的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。由于红外线是 不见光很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。此 外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术 性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。目前国内使用的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、主动式红外发射/接收 以及微波等

5、技术为基础。而这里所设计的被动式红外报警器则采用了美国的传感元件一一热释电红外传感器。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外 线，并将其转变为电压信号，同时，它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。热释电红 外传感器既可用于防盗报警装置，也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。用它 制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比，具有如下特点：”需要用红外线或电磁波等发射源。灵敏度高、控制范围大。 “急蔽性好，可流动安装。菲涅尔透镜，简单的说就是在透镜的一侧有等距的齿纹，通过这些齿纹，可以达 到对指定光谱范围的光带通（反射或者折射）的作用。传统的打磨光学器材的带通光学 滤

6、镜造价昂贵。菲涅尔透镜可以极大的降低成本。典型的例子就是PIR。PIR广泛的用在警报器上。如果你拿一个看看，你会发现在每个 PIR上都有个塑料的小帽子。这就是菲涅尔透镜。小帽子的内部都刻上了齿纹。这种菲涅尔透镜可以将入射光的频率峰 值限制到10微米左右（人体红外线辐射的峰值）。低噪放大器指噪声系数很低的放大器。一般用作各类无线电接收机的高频或中频 前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。在放大微弱信号的场合，放大 器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望可以减小这种噪声，以提高输出的 信噪比。由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数F来表示。理想放大器的噪声系数F=1 （0分贝

7、），其物理意义是输出信噪比等于输入信噪比。现代放大器则采 用变容二极管参量放大器，常温 参放的噪声 温度Te可低于几十度（绝对温度），致冷 参量放大器可达20K以下，神化钱场效应晶体管低噪声微波放大器的应用已日益广 泛，其噪声系数可低于2分贝。放大器的噪声系数还与晶体管的工作状态以及信源内 阻有关。为了兼顾低噪声和高增益的要求，常采用共发射极一共基极基联的低噪声放 大电路。2红外传感器红外传感器的分类红外传感器根据探测机理可分成为：光子探测器（基于光电效应）和热探测器 （基于热效应）。红外光电传感器光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能量转 换成电能。这类光致电变的现象被人们

8、统称为光电效应（ Photoelectric effect ）。光电效应分为外光电效应，内光电效应，光生伏特效应。这里 应用到的是光生伏特效应，其原理是在光线照射下，材料吸收光能后物体 产生一定方向的电动势。红外光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器，通过将光强度的变化转 换成电信号的变化来实现控制的。常用的红外线光电传感器（光电开关），是利用物体对近红外线光束的反射原理， 由同步回路感应反射回来的光，据其强弱来检测物体的存在与否，光电传感器首先发 出红外线光束到达或透过目标物体，物体或镜面对红外线光束进行反射，光电传感器 接收反射回来的光束，根据光束的强弱判断物体的存在。红外光电开关的

9、种类很多， 有镜反射式、漫反射式、槽式、对射式和光纤式等。常见的红外线光电开关有对射式和反射式两种，反射式光电开关是利用物体对光电开关发射出的红外线反射回去，由 光电开关接收，从而判断是否有物体存在。如有物体存在，光电开关接收到红外线， 其触点动作，否则其触点复位。对射式光电开关是由分离的发射器和接收器组成。当无遮挡物时，接收器接收到发射器发出的红外线，具触点动作 ；当有物体挡住时，接收 器便接收不到红外线，具触点复位。如图2-1所示，发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源， 发光二极管（LED）、激光二极管及红外发射二极管；光束不间断地发射，或者改变脉冲 宽度；接收器有光电二

10、极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学 元件如透镜和光圈等；在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。止匕外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使 光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。2-1红外光电传感器原理图热释电红外传感器凡是存在于自然界的物体，例如人体，火焰甚至于冰都会放射出红外线，只是其发 射的波长不同而已。人体的温度为 36-37C,所放射的红外线波长为9-10 pm （属于远 红外

11、线区）；加热到400-700C的物体，具放射出的红外线波长为 3-5 pm （属于中红外 线区）。红外线传感器可以检测到这些物质发射出的红外线，用于测量、成像或控制。 红外辐射是介于红光与无线电波之间的电磁波，其波长范围在7X 10-71mm问。太阳光和物体的热辐射都包括红外辐射，其波长范围及在电磁波谱中的位置如图4-1所示。红外光的最大特点就是就有光热效应，能辐射能量，它是光谱中的最大光热效应区。红 外光和所有电磁波一样，具有反射、折射、干涉、吸收等性质。红外光在介质中传播会 产生衰减，红外光在金属中传播衰减最大，但红外辐射能透过大部分半导体和一些塑 料，大部分液体对红外辐射吸收非常大。气体对他的吸收程度各不相同，大气层对不同 波长的红外光存在不同的吸收带。典型的热电型红外光敏器件是热释电红外传感器。一些晶体受热时两端会产生数量 相等、极性相反的电荷，这种由热产生的电极化现象称为热释电效应。这种能产生热效 应的晶体称为热电体，又称热电元件。通常，晶体自发极化所产生的电荷被附集在晶体 外表面的空气中的自由电子所中和，显电中性。当温度变化时