被动式红外人体探测传感器课件

被动式红外人体探测传感器

应用分析1、目前人体探测，基本分为以下几种方式：

（1）电场成像探测；

（2）微波多普勒探测；

（3）红外成像&视频成像检测；

（4）红外线被动式传感器探测；

人体探测的几种方法2、主要应用领域：

（1）红外线被动式传感器探测；

安防监控报警，灯光控制等

（2）微波多普勒探测；

生命探测仪等；

（3）电场成像探测；

汽车安全气囊，汽车安全应用

（4）红外成像&视频成像检测

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。电场空间人体探测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。在自然界，任何高于绝对温度（-273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，因此红外波长与温度的高低是相关的。被动式红外热辐射人体探测根据这一特性可知，人体也是一个热体，人体都有恒定的体温，一般在36-37度，所以会发出特定波长7-10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。根据被动式红外探头就是靠探测人体发射的10微米左右的红外线而进行工作的。人体发射的10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产生检测信号。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域得到广泛应用。红外热释电传感器如右图：热释电红外传感器（PIR）热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ΔT的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱电压ΔV。当环境温度稳定不变时，ΔT=0，传感器无输出。当人体进入检测区时，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，则有信号输出；若人体进入检测区后不动，ΔQ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器（PIR）灵敏度大大增加，可以提高传感器的灵敏度。1、敏感元件：是用热释电人体红外材料(通常是锆钛酸铝)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，是为了抑制由于环境与自身温度变化而产生热释电信号的干扰，如右图所示。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身的温度的变化率成正比。热释电红外传感器（PIR）构造热释电人体红外传感器(PIP)一般都采用差动平衡结构，由敏感元件、场效应管，高值电阻等组成。2、场效应管和高阻值电阻：通常敏感元件材料阻值高达10的13次方欧姆。因此，要用场效应管进行阻抗变换，场效应管常用来构成源极跟随器，高阻值电阻Rg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，源极电压约为0.4～1.0V。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。热释电红外传感器（PIR）构造3、滤光窗：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、电灯光等有抗干扰性，传感器采用了滤光片作窗口，即滤光窗。滤光片是在S基板上镀多层膜做成的。人体辐射的红外线最强的波长正好在滤光片的响应波长7.5~14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，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。优点：

传感器以及外围电路构造简单、价格低廉、技术性能稳定。红外热辐射人体传感器的优缺点缺点：1、容易受各种热源、光源干扰，被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。

2、易受射频辐射的干扰。

3、环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。

4、红外线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。红外线热释电传感器对于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。