第10章光电传感器-2.

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• 红外自动干手器 • 如图所示。反相器F1、F2、晶体管VT1及红外发射 二极管VL1等组成红外光脉冲信号发射电路。 • 红外光敏二极管VD2及后续电路组成红外光脉冲 的接收、放大、整形、滤波及开关电路。 • 当将手放在干手器的下方10～15cm时，由VL1发 射的红外光线经人手反射后被红外光敏二极管VD2接 收，电路输出使VT4导通。 • 继电器KM得电工作，触点KM1闭合接通电热风机 ，热风吹向手部。
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热释电传感器实验
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红外对管
• VISHAY公司的红外对管TCRT5000，其探测 距离为12mm。详细资料参见PDF文件
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与CPU接口电路
指示灯
LM311
灵敏度调整电位器
障 碍 物 1 12c m
C
车库来自百度文库
0.4m
0.4m
光源
1.45 m 停车区
障碍区 O
障 碍 物 2 2cm 12.5cm 15cm
R=0.8m 2cm 5cm 2m
5cm
5cm 5cm
弯道区
0.4m
直道区
0.4m
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• 2热释电型红外传感器 • 1) 热释电效应 • 当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等 而符号相反的电荷。这种由于热变化而产生的电极 化现象称为热释电效应。 • 若使某些强介电质物质的表面温度发生变化，随着 温度的上升或下降，在这些物质表面上就会产生电 荷的变化，这种现象称为热释电效应，是热电效应 的一种。 • 这种现象在钛酸钡之类的强介电质物质材料上表 现得特别显著。 • 热释电效应产生的电荷不是永存的，很快便被空 气中的各种离子所结合。
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灭火模块
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灭火机器人
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火焰传感器
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• 火焰传感器 • flame transducer 火焰是由各种燃烧生成物 、中间物、高温气体、碳氢物质以及无机物 质为主体的高温固体微粒构成的。火焰的热 辐射具有离散光谱的气体辐射和连续光谱的 固体辐射。 不同燃烧物的火焰辐射强度、波长分布 有所差异，但总体来说，其对应火焰温度的1 ～2μm近红外波长域具有最大的辐射强度。 例如汽油燃烧时的火焰辐射强度的波长分布 示于图。
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• 被动式热释电红外探头的优缺点 • 优点： 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 。 • 抗干扰性能： • 1、防小动物干扰：探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上 地小动物，一般不产生报警。 • 2、抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求， 一般手机电磁干扰不会引起误报。 • 3、抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻 璃照射，不产生报警。 • 热释电红外传感器的安装要求 • 热释电红外传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大 的关系.。正确的安装应满足下列条件： • 1、热释电红外传感器应离地面2.0-2.2米。 • 2、热释电红外传感器远离空调, 冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。 • 3、热释电红外传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离 物。 • 4、热释电红外传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动 会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装 在有强气流活动的地方。
红外接收头
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红外避障传感器
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红外遥控系统
• 通用红外遥控系统由发射和接收两大部分 组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进 行控制操作，如图1所示。发射部分包括键 盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收 部分包括光、电转换放大器、解调、解码 电路。
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• 人体检测热释电型红外传感器
• 检测原理： • 人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会 发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红 外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红 外线而进行工作的。人体发射的10um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报警信号。
• 用红外线作为检测媒介，来测量某些非电量 ，比可见光作为媒介的检测方法要好。其优 越性表现在： • (1) 红外线（指中、远红外线）不受周围可见 光的影响，故可在昼夜进行测量。 • (2) 由于待测对象发射出红外线，故不必设光 源。 • (3) 大气对某些特定波长范围的红外线吸收甚 少（2~2.6μm ,3~5μm ,8~14μm三个波段称为 “大气窗口”）,故适用于遥感技术。
R3 1 0k
r4 1 0k
+5v
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循迹机器人
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红外发射管
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红外接收管
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红外对射传感器
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红外接收头
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• 热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷 、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器 内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制 由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐 射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。 为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装 设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各 分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配 合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行 动。
传感器与检测技术
第10章 红外传感器
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1 概述 • 在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体都在不 停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐 射能量的大小及其按波长的分布 —— 与它的表面温 度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐 射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温 度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。 • 例如：人体、火焰、冰等物体都会放射出红外线， 只是其发射的红外线的波长不同而已。 • 人体的温度为36~37οC，所放射的红外线波长为 9~10μm（属于远红外线区）。 • 加热到400~700οC的物体，其放射出的红外线波长为 3~5μm（属于中红外线区）。 • 红外线传感器可以检测到这些物体发射出的红外线 ，用于测量、成象或控制。 山东交通学院-传感器与检测技术课程
•
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火焰发射出的光是一种电磁波，其波长在0．2～ 10μm或更宽的范围内。人眼能感觉到的电磁波波 长为0．38～0．78μm，范围非常窄。火焰传感器 就是利用此原理，检测0．38μm以下的紫外线和0 ．78μm以上的红外线。
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内接线
氧化膜
PZT元件
铝件
空洞 FET 接脚
图 热释电红外传感器基本结构 山东交通学院-传感器与检测技术课程
• 热释电型红外传感器
• 热释电红外传感器(简称PIR) (Pyroelectric Infrared Radial Sensor )是80年 代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。它能以非接触形式检测出人 体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压 信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火 报警、自动览测等。
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• 2 ) 热释电红外线光敏元件的材料 • 热释电红外线光敏元件的材料较多，其中以陶瓷 氧化物及压电晶体用得最多。 • 3 )热释电红外传感器 • 结构及电路如图所示。传感器的敏感元件是PZT （钛锆酸铅 ），在上下两面做上电极，并在表面上 加一层黑色氧化膜以提高其转换效率。 • 等效电路是一个在负载电阻上并联一个电容的电 流发生器，其输出阻抗极高，输出电压信号又极其 微弱，管内有场效应管FET放大器及厚膜电阻，以达 到阻抗变换的目的。
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信号处理 电信号
延时电路
继电器KM 交流 电源
红外光发射
红外光
红外光接收
红外光 手
热风机
热风
图 红外自动干手器电路原理框图 山东交通学院-传感器与检测技术课程
2003年全国大学生 电子设计竞赛 简易智能电动车
1m 1m 2m 0.3m 0.2m 50c m
5cm
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• 这种遥控码具有以下特征： • 采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms 、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示 二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔 1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制 的“1”，其波形如图2所示。
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红外测障模块
U7C 4 R21 3K9 5 74HC14 6 R23 502 R7 1K VCC
C22
22pF
2200pF
R13 100Ω Q2
R20 3K9 C15 100uF
9012 J8
1 2 3
IRMOLD
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接收器及解码
• 一体化红外线接收器是一种集红外线接收 和放大于一体，不需要任何外接元件，就 能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号 兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三 极管大小一样，它适合于各种红外线遥控 和红外线数据传输。
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U7A 1 74HC14 R11 1M Y3 38K C24 R18 12K VCC D8 R19 47Ω IRL IN-0 74HC14 2 U7B 3
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• 菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生 一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探 测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外 线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使 接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而增强 其能量幅度。 • 人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波 长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。在传感器顶 端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光 的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测 ，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成 了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。 • 一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦 ，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不 同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。 • 菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应 距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严 密。
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遥控发射器及其编码
• 遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式 可以分成两大类，这里我们以运用比较广 泛，解码比较容易的一类来加以说明，现 以日本NEC的uPD6121G组成发射电路为例 说明编码原理。当发射器按键按下后，即 有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也 不同。
下层为红外对管
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红外对管原理图
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红外发射接收对管处理电路
+5v +5v +5v R1 1 50 CNY7 0 R2 1 0k R5 1 0k
8 6
2
5
7 3 L M 31 1 C7
P1.3
4
1
1 04