紅外報(bào)警原理與實(shí)習(xí)end

1、河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心 1.“有電，危險(xiǎn)有電，危險(xiǎn)”安全警示安全警示電路電路用于有電的用于有電的場(chǎng)合，當(dāng)有人進(jìn)入這些場(chǎng)合時(shí)，通過(guò)發(fā)出語(yǔ)音場(chǎng)合，當(dāng)有人進(jìn)入這些場(chǎng)合時(shí)，通過(guò)發(fā)出語(yǔ)音和聲光提醒人們注意安全。和聲光提醒人們注意安全。2.自動(dòng)門(mén)自動(dòng)門(mén)主要用于銀行、賓館。當(dāng)有人來(lái)到主要用于銀行、賓館。當(dāng)有人來(lái)到時(shí)，大門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，人離開(kāi)后又自動(dòng)關(guān)閉。時(shí)，大門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，人離開(kāi)后又自動(dòng)關(guān)閉。3.紅外線(xiàn)紅外線(xiàn)防盜報(bào)警器防盜報(bào)警器用于銀行、用于銀行、辦公樓、家庭等場(chǎng)合的

2、防盜報(bào)警。辦公樓、家庭等場(chǎng)合的防盜報(bào)警。4.高速公路車(chē)輛高速公路車(chē)輛車(chē)流計(jì)數(shù)器車(chē)流計(jì)數(shù)器5.自動(dòng)開(kāi)、關(guān)自動(dòng)開(kāi)、關(guān)的照明燈，人體的照明燈，人體接近自動(dòng)開(kāi)關(guān)等。接近自動(dòng)開(kāi)關(guān)等。河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心1.光譜基礎(chǔ)光譜基礎(chǔ)2.人體輻射人體輻射3.熱釋電核心探頭熱釋電核心探頭 河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心紅外線(xiàn)屬于一種紅外線(xiàn)屬于一種電磁射線(xiàn)電磁射線(xiàn)，其特性等同于，其特性等同于無(wú)線(xiàn)電或無(wú)線(xiàn)電或X射線(xiàn)。人眼可見(jiàn)的光射線(xiàn)。人眼可見(jiàn)的光波是波是380nm-780nm，發(fā)射波長(zhǎng)為，發(fā)射波長(zhǎng)為780nm-1mm的長(zhǎng)射線(xiàn)稱(chēng)的長(zhǎng)射線(xiàn)稱(chēng)為紅外線(xiàn)為紅外線(xiàn)河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心河南大學(xué)物理與光電

3、子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心其內(nèi)部的熱電元由高其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的晶體材料熱電系數(shù)的晶體材料(硫酸硫酸三苷肽三苷肽)配合濾光鏡片窗口配合濾光鏡片窗口組成，組成，其其極化產(chǎn)生極化產(chǎn)生正、正、負(fù)電荷負(fù)電荷,隨隨溫度溫度的變化而的變化而變化。變化。熱釋電紅外傳感器由熱釋電紅外傳感器由傳感探測(cè)元、干涉濾光片傳感探測(cè)元、干涉濾光片和場(chǎng)效應(yīng)管匹配器和場(chǎng)效應(yīng)管匹配器三部分三部分組成。組成。河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心紅外傳感器理紅外傳感器理 熱釋電核心探頭熱釋電核心探頭端接電源端接電源正極，正極，端接電源端接電源負(fù)極，負(fù)極，端為信號(hào)端為信號(hào)輸出輸出 河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心河南大學(xué)物理與光電子學(xué)

4、院 實(shí)訓(xùn)中心 熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場(chǎng)效應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管管的目的在于完成的目的在于完成阻抗變換阻抗變換。由于熱電元輸出的是由于熱電元輸出的是電荷信號(hào)電荷信號(hào)，并不能，并不能直接使用直接使用,因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓電壓形式形式,該電阻阻抗高達(dá)該電阻阻抗高達(dá)104，故引入的，故引入的溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)接成溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式共漏形式即源即源極跟隨器來(lái)完成阻抗變換。極跟隨器來(lái)完成阻抗變換。 河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心 濾光窗濾光窗 -由一塊薄玻璃片鍍上多層濾光層薄膜而由一塊薄玻璃片鍍上多層濾光層薄膜而成的，能有效地濾除成的，

5、能有效地濾除7.014um波長(zhǎng)以外的紅外線(xiàn)。波長(zhǎng)以外的紅外線(xiàn)。人體正常體溫時(shí)，輻射的最強(qiáng)的紅外線(xiàn)的中心人體正常體溫時(shí)，輻射的最強(qiáng)的紅外線(xiàn)的中心波長(zhǎng)波長(zhǎng)為為9.65um,正好落在濾光窗的響應(yīng)波長(zhǎng)（正好落在濾光窗的響應(yīng)波長(zhǎng)（714um）中心。中心。 傳感器只對(duì)傳感器只對(duì)移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的人體、體溫近似人移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的人體、體溫近似人體的物體體的物體起作用。起作用。故濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線(xiàn)故濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線(xiàn)通過(guò)，而最大限度地阻止陽(yáng)光、燈光等可見(jiàn)通過(guò)，而最大限度地阻止陽(yáng)光、燈光等可見(jiàn)光中的紅外線(xiàn)的通過(guò)，以免引起干擾。光中的紅外線(xiàn)的通過(guò)，以免引起干擾。河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心

6、（1）人體經(jīng)過(guò)探頭先后被人體經(jīng)過(guò)探頭先后被A A源或被源或被B B源感應(yīng)，源感應(yīng)，SaSbSaSbSaSb產(chǎn)生差值，雙源失去互補(bǔ)平衡作用而很敏感產(chǎn)生差值，雙源失去互補(bǔ)平衡作用而很敏感地產(chǎn)生信號(hào)輸出，見(jiàn)圖（地產(chǎn)生信號(hào)輸出，見(jiàn)圖（3C3C）。）。（2 2）人）人對(duì)著探頭呈垂直狀態(tài)運(yùn)動(dòng)對(duì)著探頭呈垂直狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，Sa=SbSa=Sb不產(chǎn)生差值，不產(chǎn)生差值，雙源很難產(chǎn)生信號(hào)輸出。雙源很難產(chǎn)生信號(hào)輸出。紅外傳感器的工作原理紅外傳感器的工作原理河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感,而對(duì)于而對(duì)于橫橫切方向切方向(即與半徑垂直的方向即與半徑垂直的方向)移動(dòng)則最移動(dòng)則最為敏感為

7、敏感.在現(xiàn)場(chǎng)選擇在現(xiàn)場(chǎng)選擇合適的安裝位置合適的安裝位置是避免是避免紅外探頭誤報(bào)、求得最佳檢測(cè)靈敏度極紅外探頭誤報(bào)、求得最佳檢測(cè)靈敏度極為重要的一環(huán)。為重要的一環(huán)。河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心 菲涅爾鏡片是菲涅爾鏡片是紅外線(xiàn)探頭的紅外線(xiàn)探頭的“眼鏡眼鏡”，它就象人的眼鏡一樣，它就象人的眼鏡一樣，配用得當(dāng)與否直接影響到使用的功配用得當(dāng)與否直接影響到使用的功效，配用不當(dāng)產(chǎn)生誤動(dòng)作和漏動(dòng)作，效，配用不當(dāng)產(chǎn)生誤動(dòng)作和漏動(dòng)作，致使用戶(hù)或者開(kāi)發(fā)者對(duì)其失去信心。致使用戶(hù)或者開(kāi)發(fā)者對(duì)其失去信心。配用得當(dāng)充分發(fā)揮人體感應(yīng)的作用，配用得當(dāng)充分發(fā)揮人體感應(yīng)的作用，使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。河南

8、大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心聚集能量菲涅爾鏡片的原理和應(yīng)用菲涅爾鏡片的原理和應(yīng)用菲涅爾透鏡的作用有兩個(gè)： 一是聚焦作用，即將探測(cè)空間的紅外線(xiàn)有效地集中到傳感器上。不使用菲涅爾透鏡時(shí)傳感器的探測(cè)半徑不足2米，配上菲涅爾透鏡時(shí)傳感器的探測(cè)半徑可達(dá)到10米。 第二個(gè)作用是將探測(cè)區(qū)域內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測(cè)區(qū)域的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化的熱釋紅外信號(hào)。河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心下圖是常用三區(qū)多段鏡片區(qū)段劃分、垂直和平面感應(yīng)圖。下圖是常用三區(qū)多段鏡片區(qū)段劃分、垂直和平面感應(yīng)圖。菲涅爾鏡片的原理和應(yīng)用菲涅爾鏡片的原理和應(yīng)用 當(dāng)人進(jìn)入感應(yīng)范圍，人體釋放的紅外光當(dāng)人進(jìn)入

9、感應(yīng)范圍，人體釋放的紅外光透過(guò)鏡片透過(guò)鏡片被聚集在遠(yuǎn)距離被聚集在遠(yuǎn)距離A區(qū)區(qū)或或中距離中距離B區(qū)區(qū)或近距離或近距離C區(qū)區(qū)的某個(gè)段的同心環(huán)上，同心環(huán)與紅外線(xiàn)探頭有一個(gè)適當(dāng)?shù)牡哪硞€(gè)段的同心環(huán)上，同心環(huán)與紅外線(xiàn)探頭有一個(gè)適當(dāng)?shù)慕咕?，紅外光焦距，紅外光正好被探頭接收正好被探頭接收，探頭將光信號(hào)變成電信號(hào)送入電子電路驅(qū)動(dòng)負(fù)載工，探頭將光信號(hào)變成電信號(hào)送入電子電路驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。整個(gè)接收人體紅外光的方式也被稱(chēng)為作。整個(gè)接收人體紅外光的方式也被稱(chēng)為被動(dòng)式紅外活動(dòng)目標(biāo)探測(cè)器。被動(dòng)式紅外活動(dòng)目標(biāo)探測(cè)器。河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心一種三射束菲涅爾鏡片一種三射束菲涅爾鏡片河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心熱釋

10、電被動(dòng)紅外報(bào)警器特點(diǎn)：熱釋電被動(dòng)紅外報(bào)警器特點(diǎn)： 特點(diǎn)是它只在由于外界的輻射而引起它本身的溫特點(diǎn)是它只在由于外界的輻射而引起它本身的溫度變化時(shí)，才給出一個(gè)相應(yīng)的電信號(hào)，當(dāng)溫度的變化度變化時(shí)，才給出一個(gè)相應(yīng)的電信號(hào)，當(dāng)溫度的變化趨于穩(wěn)定后就再?zèng)]有信號(hào)輸出，所以說(shuō)熱釋電信號(hào)與趨于穩(wěn)定后就再?zèng)]有信號(hào)輸出，所以說(shuō)熱釋電信號(hào)與它本身的溫度的變化率成正比，或者說(shuō)傳感器只對(duì)運(yùn)它本身的溫度的變化率成正比，或者說(shuō)傳感器只對(duì)運(yùn)動(dòng)的人體敏感，應(yīng)用于當(dāng)今探測(cè)人體移動(dòng)報(bào)警電路中。動(dòng)的人體敏感，應(yīng)用于當(dāng)今探測(cè)人體移動(dòng)報(bào)警電路中。 在該探測(cè)技術(shù)中，所謂在該探測(cè)技術(shù)中，所謂“被動(dòng)被動(dòng)”是指探測(cè)器是指探測(cè)器本身本身不不發(fā)出發(fā)出

11、任何形式的能量，只是靠任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量接收自然界能量或能量變化變化來(lái)完成探測(cè)目的。來(lái)完成探測(cè)目的。河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心 在熱釋電人體紅外傳感器的應(yīng)用中，其前級(jí)配用菲涅在熱釋電人體紅外傳感器的應(yīng)用中，其前級(jí)配用菲涅爾透鏡，其后級(jí)采用帶通放大器，放大器的中心頻率一般爾透鏡，其后級(jí)采用帶通放大器，放大器的中心頻率一般取取1Hz左右。放大器帶寬對(duì)靈敏度與可靠性的影響大。左右。放大器帶寬對(duì)靈敏度與可靠性的影響大。河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心紅外熱釋電處理芯片紅外熱釋電處理芯片GC7780ORBISS0001上圖中，上圖中，運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器OP1將熱釋電紅

12、外傳感器的輸出信將熱釋電紅外傳感器的輸出信號(hào)作第一級(jí)放大，然后由號(hào)作第一級(jí)放大，然后由C3耦合給運(yùn)算放大器耦合給運(yùn)算放大器OP2進(jìn)行第二級(jí)進(jìn)行第二級(jí)放大，再經(jīng)由放大，再經(jīng)由電壓比較器電壓比較器COP1和和COP2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號(hào)后，檢出有效觸發(fā)信號(hào)Vs去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器，輸出信號(hào)去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器，輸出信號(hào)Vo經(jīng)晶體管經(jīng)晶體管T1放大驅(qū)動(dòng)放大驅(qū)動(dòng)繼電器去接通負(fù)載。繼電器去接通負(fù)載。河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心紅外熱釋電處理芯片管腳說(shuō)明紅外熱釋電處理芯片管腳說(shuō)明河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心VC=1 允許觸發(fā)A=1 重復(fù)觸發(fā)A=0 不可重

13、復(fù)觸發(fā)Tx 輸出延遲時(shí)間T1 觸發(fā)封鎖時(shí)間河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心具體電路應(yīng)用設(shè)計(jì)分析具體電路應(yīng)用設(shè)計(jì)分析1 工作模式工作模式 2 輸出輸出 3.4 延時(shí)時(shí)間設(shè)定延時(shí)時(shí)間設(shè)定 5.6 封鎖時(shí)間設(shè)定封鎖時(shí)間設(shè)定 7 gnd 8 參考電壓及復(fù)位參考電壓及復(fù)位 9 觸發(fā)控制觸發(fā)控制 10運(yùn)放偏置電流設(shè)置運(yùn)放偏置電流設(shè)置11電源電源 14.15 第一運(yùn)放輸入第一運(yùn)放輸入 16 第一運(yùn)放輸出第一運(yùn)放輸出 12.13 第二運(yùn)放輸入第二運(yùn)放輸入河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心思考題：1、左圖是否有錯(cuò)？2、畫(huà)出三端電感的詳細(xì)電路圖。河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中

14、心河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心各式各樣各式各樣菲涅爾鏡片菲涅爾鏡片河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心 2)場(chǎng)效應(yīng)管和高阻值電阻場(chǎng)效應(yīng)管和高阻值電阻Rg 通常敏感元件材料阻值高達(dá)。因此，要用場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行通常敏感元件材料阻值高達(dá)。因此，要用場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換，場(chǎng)效應(yīng)管常用阻抗變換，場(chǎng)效應(yīng)管常用2SK303V3、2SK94X3等來(lái)構(gòu)成源極跟隨等來(lái)構(gòu)成源極跟隨器，高阻值電阻器，高阻值電阻Rg的作用是釋放柵極電荷，使場(chǎng)效應(yīng)管正常

15、工作。的作用是釋放柵極電荷，使場(chǎng)效應(yīng)管正常工作。一般在源極輸出接法下，源極電壓約為一般在源極輸出接法下，源極電壓約為0.41.0V。通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管，。通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管，傳感器輸出信號(hào)就能用普通放大器進(jìn)行處理。傳感器輸出信號(hào)就能用普通放大器進(jìn)行處理。3)濾光窗濾光窗 熱釋電人體紅外傳感器中的敏感元件是一種廣譜材料，能探測(cè)各熱釋電人體紅外傳感器中的敏感元件是一種廣譜材料，能探測(cè)各種波長(zhǎng)輻射。為了使傳感器對(duì)人體最敏感，而對(duì)太陽(yáng)、電燈光等有種波長(zhǎng)輻射。為了使傳感器對(duì)人體最敏感，而對(duì)太陽(yáng)、電燈光等有抗干擾性，傳感器采用了濾光片作窗口，即濾光窗。濾光片是在抗干擾性，傳感器采用了濾光片作窗口，即濾光窗。濾光片是在

16、S基板上鍍多層膜做成的。每個(gè)物體都發(fā)出紅外輻射，其輻射最強(qiáng)的基板上鍍多層膜做成的。每個(gè)物體都發(fā)出紅外輻射，其輻射最強(qiáng)的波長(zhǎng)滿(mǎn)足維恩位移定律：波長(zhǎng)滿(mǎn)足維恩位移定律： mT=2 989(mk) 式中式中m-最大波長(zhǎng)，最大波長(zhǎng)，T絕對(duì)溫度。絕對(duì)溫度。河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心 人體溫度為人體溫度為3637，即，即309310k，其輻射的，其輻射的紅外波長(zhǎng)紅外波長(zhǎng)m=2 9893093109.679. 64 m ?？梢?jiàn)，?？梢?jiàn)，人體輻射的紅外線(xiàn)最強(qiáng)的波長(zhǎng)正好在濾光片的響應(yīng)人體輻射的紅外線(xiàn)最強(qiáng)的波長(zhǎng)正好在濾光片的響應(yīng)波長(zhǎng)波長(zhǎng)7.514mm的中心處。故濾光窗能有效地讓人體的中心處。故濾光窗能有效地

17、讓人體輻射的紅外線(xiàn)通過(guò)，而阻止太陽(yáng)光、燈光等可見(jiàn)光輻射的紅外線(xiàn)通過(guò)，而阻止太陽(yáng)光、燈光等可見(jiàn)光中的紅外線(xiàn)通過(guò)，免除干擾。所以，熱釋電人體紅中的紅外線(xiàn)通過(guò)，免除干擾。所以，熱釋電人體紅外傳感器只對(duì)人體和近似人體體溫的動(dòng)物有敏感作外傳感器只對(duì)人體和近似人體體溫的動(dòng)物有敏感作用。用。河南大學(xué)物理與光電子學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心4)菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡 熱釋電人體紅外傳感器只有配合菲涅爾透鏡使用才能發(fā)揮最大熱釋電人體紅外傳感器只有配合菲涅爾透鏡使用才能發(fā)揮最大作用。不加菲涅爾透鏡時(shí)，該傳感器的探測(cè)半徑可能不足作用。不加菲涅爾透鏡時(shí)，該傳感器的探測(cè)半徑可能不足2m，配，配上菲涅爾透鏡則可達(dá)上菲涅爾透鏡則可達(dá)10m

18、，甚至更遠(yuǎn)。菲涅爾透鏡是用普遍的聚乙，甚至更遠(yuǎn)。菲涅爾透鏡是用普遍的聚乙烯制成的，安裝在傳感器的前面。透鏡的水平方向上分成三部分，烯制成的，安裝在傳感器的前面。透鏡的水平方向上分成三部分，每一部分在豎直方向上又分成若干不同的區(qū)域，所以菲涅爾透鏡實(shí)每一部分在豎直方向上又分成若干不同的區(qū)域，所以菲涅爾透鏡實(shí)際是一個(gè)透鏡組，如圖際是一個(gè)透鏡組，如圖1121(a)所示。當(dāng)光線(xiàn)通過(guò)透鏡單元后，在所示。當(dāng)光線(xiàn)通過(guò)透鏡單元后，在其反面則形成明暗相間的可見(jiàn)區(qū)和盲區(qū)。每個(gè)透鏡單元只有一個(gè)很其反面則形成明暗相間的可見(jiàn)區(qū)和盲區(qū)。每個(gè)透鏡單元只有一個(gè)很小的視場(chǎng)角，視場(chǎng)角內(nèi)為可見(jiàn)區(qū)，之外為盲區(qū)。而相鄰的兩個(gè)單元小的視場(chǎng)角，視場(chǎng)角內(nèi)為可見(jiàn)區(qū)，之外為盲區(qū)。而相鄰的兩個(gè)單元透鏡的視場(chǎng)既不連續(xù)，更不交疊，卻都相隔一個(gè)盲區(qū)。當(dāng)人體在這透鏡的視場(chǎng)既不連續(xù)，更不交疊，卻都相隔一個(gè)盲區(qū)。當(dāng)人體在這一監(jiān)視范圍中運(yùn)動(dòng)時(shí)，順次地進(jìn)入某一單元透鏡的視場(chǎng)，又走出這一監(jiān)視范圍中運(yùn)動(dòng)時(shí)，順次地進(jìn)入某一單元透鏡的視場(chǎng)