红外人体探测技术

红外人体探测报警技术

在红外线探测器中，热电元件检测人体的存在或移动，并把热电元件的输出信号转换成电压信号。然后，对电压信号进行波形分析。一种红外线探测器，其特征在于，包括：热电元件；电流-电压变换器，它把来自所述热电元件的电流变换成电压信号。

1.菲涅尔透镜

1）简述

菲涅尔透镜 (Fresnel lens)，又名螺纹透镜，多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收角度要求来设计的。透镜的要求很高。一片优质的透镜必须表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积大、厚度薄及侦测距离远。菲涅尔透镜在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。

2）分类

设计上来划分

①正菲涅尔透镜：

光线从一侧进入，经过菲涅尔透镜在另一侧出来聚焦成一点或以平行光射出。焦点在光线的另一侧，并且是有限共轭。这类透镜通常设计为准直镜（如投影用菲涅尔透镜，放大镜）以及聚光镜（如太阳能用聚光聚热用菲涅尔透镜。

②负菲涅尔透镜：

和正焦菲涅尔透镜刚好相反，焦点和光线在同一侧，通常在其表面进行涂层，作为第一反射面使用。

从结构上划分

圆形菲涅尔透镜，菲涅尔透镜阵列，柱状菲涅尔透镜，线性菲涅尔透镜，衍射菲涅尔透镜，菲涅尔反射透镜，菲涅尔光束分离器和菲涅尔棱镜。

3）应用

菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR（被动红外线探测器）上产生变化热释红外信号。

4）原理

其工作原理十分简单：假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面（如：透镜表面），拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度。

另外一种理解就是，透镜连续表面部分“坍陷”到一个平面上。从剖面看，其表面由一系列锯齿型凹槽组成，中心部分是椭圆型弧线。每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，但都将光线集中一处，形成中心焦点，也就是透镜的焦点。每个凹槽都可以看做一个独立的小透镜，把光线调整成平行光或聚光。这种透镜还能够消除部分球形像差。

2.热释电红外探头

实现防盗功能以及其他类感应功能外部设备选取热释电红外探头，热释电红外探头采用外购RE200B型号热释电红外传感器，它是靠探测人体发射的红外线而进行工作的。探头收集外界的红外辐射通过聚集到红外感应源上面。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收了红外辐射温度发生变化时就会向外释放电荷，检测处理后产生报警。

双元RE200B型号热释电红外探头基本参数如下：

灵敏元面积：2.0×1.0m㎡

基片材料：硅

基片厚度：0.5mm

工作波长：7-14μm

平均透过率：＞75%

输出信号＞2.5V(420°k 黑体1Hz 调制频率0.3-3.0Hz 带宽72.5db 增益) 噪声＜200mV

(mVp-p) (25℃)

平衡度＜20%

工作电压2.2-15V

工作电流8.5-24μA

(VD=10V,Rs=47kΩ,25℃)

源极电压0.4-1.1V

(VD=10V,Rs=47kΩ,25℃)

工作温度-20℃- +70℃

保存温度-35℃- +80℃

视场139°×126°

该传感器采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射，采用双灵敏元互补方法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。

红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收了红外辐射温度发生变化时就会向外释放电荷，检测处理后产生报警。

1) 这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以辐射敏感元件对波长为10μm左右的红外辐射必须敏感。

2) 为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的滤

光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。

3) 被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。

4) 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。

5) 多视场的获得，一是多法线小镜面组成的反光聚焦，聚光到传感器上称之为反射式光学系统。另一种是透射式光学系统，是多面组合一起的透镜——菲涅尔透镜聚焦在红外传感器上。

6) 这要指出的是被动红外的几束光表示有几个视场，并非被动红外发红外光，视场越多，控制越严密。

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。

缺点：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。易受射频辐射的干扰。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。

由于上述缺点，误报的因素可以分为两类：

外界的因素 : 外界的热光源（尤其是白光光源）：如阳光、照明光源等，外界的射频信号。

内部的因素 : 内部由于器件等的噪声和干扰，如光热释感应器的信号瞬变等。

针对以上情况，采用下列方法以降低误报率：

①信号出入分析

当有物体走入或走出一个探测区段时，在反极性探测感应器上会产生两个极性相反的信号，这种出入信号的能量将被独立分析并储存在内存记忆内。只有在一段特定的时间内，当两个感应器上都收集到足够的出入能量时才会触发警报。

其优点：能超乎想象地提高探头对气流、随机噪音及发热器的抗干扰能力。如再加上“四源红外反极性探测”，便能使探头具有超卓的抗干扰能力，是现今市场上最优秀的产品。

②四源红外反极性探测

探头内置两个红外感应器，移动信号会使两个感应器产生两个极性相反的信号，而非移动信号 ( 射频、电磁、火花、静电等干扰 ), 则使两个感应器产生两个极性相同的信号，利用此原理便可准确无误地区分移动和非移动信号。

其优点 :应用此技术所获得抗干扰能力是传统的滤波及屏蔽技术所无法相