熱釋電紅外線傳感器課程設(shè)計(jì)

1、目標(biāo)及總體方案1使用的主要組件及特殊零件功能說明熱釋電紅外線傳感器 概述熱釋電紅外線傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測(cè)元件。在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離，一般在探測(cè)器的前方裝設(shè)一個(gè)菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號(hào)放大70分貝以

2、上，這樣就可以測(cè)出1020米范圍內(nèi)人的行動(dòng)。 原理菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測(cè)器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測(cè)接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過時(shí)，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而增強(qiáng)其能量幅度。 人體輻射的紅外線中心波長(zhǎng)為910-um，而探測(cè)元件的波長(zhǎng)靈敏度在0.220-um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過光的波長(zhǎng)范圍為710-um，正好適合于人體紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長(zhǎng)的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測(cè)人體

3、輻射的紅外線傳感器。 工作原理與特性被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性：人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10um左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10um左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10um左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。 1)這種探頭是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的。所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為10um左右的紅外輻射必須非常敏感。 2)為了僅僅對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲泥爾

4、濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。 3)被動(dòng)紅外探頭，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測(cè)器無信號(hào)輸出。 4)一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理而報(bào)警。 5)菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距（感應(yīng)距離），從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場(chǎng)，視場(chǎng)越多，控制越嚴(yán)密。 優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： 本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價(jià)格低廉

5、。 缺點(diǎn)： 容易受各種熱源、光源干擾 被動(dòng)紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。 易受射頻輻射的干擾。 環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈。 抗干擾性能： 1。防小動(dòng)物干擾 探測(cè)器安裝在推薦地使用高度，對(duì)探測(cè)范圍內(nèi)地面上地小動(dòng)物，一般不產(chǎn)生報(bào)警。 2?？闺姶鸥蓴_ 探測(cè)器的抗電磁波干擾性能符合gb10408中4.6.1要求，一般手機(jī)電磁干擾不會(huì)引起誤報(bào)。 3。抗燈光干擾 探測(cè)器在正常靈敏度的范圍內(nèi)，受3米外h4鹵素?zé)敉高^玻璃照射，不產(chǎn)生報(bào)警。 紅外線熱釋電傳感器的安裝要求： 紅外線熱釋電人體傳感器只能安裝在室內(nèi)，其誤報(bào)率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)

6、系.。正確的安裝應(yīng)滿足下列條件： 1。紅外線熱釋電傳感器應(yīng)離地面2.0-2.2米。 2。紅外線熱釋電傳感器遠(yuǎn)離空調(diào), 冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。 3。紅外線熱釋電傳感器探測(cè)范圍內(nèi)不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。 4。紅外線熱釋電傳感器不要直對(duì)窗口，否則窗外的熱氣流擾動(dòng)和人員走動(dòng)會(huì)引起誤報(bào)，有條件的最好把窗簾拉上。紅外線熱釋電傳感器也不要安裝在有強(qiáng)氣流活動(dòng)的地方。 紅外線熱釋電傳感器對(duì)人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對(duì)于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感, 而對(duì)于橫切方向 (即與半徑垂直的方向)移動(dòng)則最為敏感. 在現(xiàn)場(chǎng)選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報(bào)、求得最佳檢測(cè)

7、靈敏度極為重要的一環(huán)。555定時(shí)器555 定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖 2.9.1 和圖 2.9.2 所示。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) rs 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 t 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓vcc /3 和 2vcc /3 555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制 rs 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸

8、空時(shí)，則電壓比較器 c1 的同相輸入端的電壓為 2vcc /3，c2 的反相輸入端的電壓為vcc /3。若觸發(fā)輸入端 tr 的電壓小于vcc /3，則比較器 c2 的輸出為 0，可使 rs 觸發(fā)器置 1，使輸出端 out=1。如果閾值輸入端 th 的電壓大于 2vcc/3，同時(shí) tr 端的電壓大于vcc /3，則 c1 的輸出為 0，c2 的輸出為 1，可將 rs 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。 它的各個(gè)引腳功能如下：1腳：外接電源負(fù)端vss或接地，一般情況下接地。 8腳：外接電源vcc，雙極型時(shí)基電路vcc的范圍是4.5 16v，cmos型時(shí)基電路vcc的范圍為3 18v。一般用5v。

9、3腳：輸出端vo 2腳：低觸發(fā)端 6腳：th高觸發(fā)端 4腳：是直接清零端。當(dāng)端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論、th處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。 5腳：vc為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01f電容接地，以防引入干擾。 7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。 在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個(gè)比較器a1、a2基準(zhǔn)電壓分別為的情況下，555時(shí)基電路的功能表如表61示。2流程圖說明確定課題繪制電路圖電腦仿真實(shí)物連接調(diào)試3電路圖實(shí)驗(yàn)仿真圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論實(shí)際的結(jié)果顯示1） 接通電源。

10、2） 當(dāng)沒有人的時(shí)候，led燈處于不亮的狀態(tài)。3） 當(dāng)人出現(xiàn)，熱釋電紅外傳感器接收到人體所散發(fā)的紅外線，整個(gè)電路接通，電路工作，led燈處于亮的狀態(tài)。結(jié)論1本課程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：讓同學(xué)們?cè)诶碚搶W(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過完成一小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使學(xué)生不但能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，而且能夠?qū)﹄娮与娐?、電子元器件、印制電路板等方面的知識(shí)進(jìn)一步加深認(rèn)識(shí)，同時(shí)在焊接技術(shù)、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高，為今后能夠獨(dú)立進(jìn)行某些傳感器應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)工作打下一定的基礎(chǔ)。2評(píng)估結(jié)果 本實(shí)驗(yàn)實(shí)際操作出現(xiàn)問題，未能達(dá)成計(jì)劃的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，算是失敗之作，但我從中學(xué)會(huì)了許多知識(shí)，并且提高了我的動(dòng)手能力，算起來也是很大的收獲了。3改善建議改善建議：應(yīng)該認(rèn)真研