传感器小论文
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利用LHI778热释电红外传感器集成电路设计的自动洗手器系统
摘要:利用LHI778热释电红外传感器,通过NE555型时基集成电路设计自动洗手器系统用于医院洗手间。
关键词:LHI778热释电红外传感器,NE555型时基集成电路;
注:555时基集成电路是数字集成电路,是由21个晶体三极管、4个晶体二极管和16个电阻组成的定时器,有分压器、比较器、触发器和放电器等功能的电路。它具有成本低、易使用、适应面广、驱动电流大和一定的负载能力。在电子制作中只需经过简单调试,就可以做成多种实用的各种小电路,远远优于三极管电路。
1.简介
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20米范围内人的行动。
2.原理
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。
工作原理与特性
被动式热释电红外探头的工作原理及特性: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。1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。
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菲泥尔滤光片,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)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。
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。
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; 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。
3. LHI778热释电红外传感器
商品型号:LHI778/3439
生产厂家:德国Perkinelmer
实物图电路图
详细介绍
热释电红外传感器在热辐射能量发生改变时,会产生电荷变化。这个效应被用来探测红外辐射的变化。这些热释电传感器应用于人体移动探测器,被动红外防盗报警器,以及自动灯开关。基于同样的原理,热释电传感器通过红外吸收方法,应用于气体探测。
1)特点:
·低噪声,高响应度
·优异的共模平衡-双单元类型
·TO-39,TO-5封装
·各种滤波器窗口供宽带或者窄带应用
·单通道或者双通道器件
·双元或者四元器件应用于防盗产品
·单元器件带热补偿
2)典型应用:
·被动红外防盗报警:Lhi968,对强烈的白光以及电磁辐射具有优异的抗干扰性能。
·人体移动探测:
·天花板安装人体探测
·气体分析
·非接触红外测量
3)具体参数
4.产品分类介绍
1)双元探测器:双元探测器包含两个单元,它们对共同的FET输出是反极性连接的。
型号:Lhi954、Lhi968、Lhi778、Lhi958、Lhi874、Lhi878
2)四元探测器:四元探测器包含四个单元,两个输出,这两个独立的通道使信号的处理避免错误报警
型号:Lhi1448、Lhi1548、Lhi1148
3)天花板安装类型:这类探测器具备独特的结构适合天花板安装设计,它们包含两个或者四个不同的单元,同一个FET输出通道。
型号:Lhi906、Lhi1128
4)单元探测器:这类带FET输出的探测器,具有不同的尺寸,自带热补偿,专门的窄带红外滤波窗口
型号:Lhi807、Lhi807TC、PYS4198、PYS4198TC、PYS3151TC
5)双通道探测器:这些特殊的设计包含两个单元探测器,TO-5封装。每个单元探测器具备独立的滤波器合输出通道,各种窄带滤波器可以选择。
型号:Lhi814G1/G20、Lhi814G2/G20
5.具体应用
自动洗手器电路图,(热释电红外控制技术,自感应放水功能)采用热释电红外控制技术,能在人体靠近水龙头时,水龙头自动打开放水;当人离开水龙头或超过定时时间未离开时,水龙头均会自动将水关闭。该装置广泛应用于家庭或医院、公共卫生间等公共场所。
电路中,电源电路由电容器cl、C2、电阻器Rl、稳压二极管vs和整流二极管VD1组成;红外检测控制电路由电阻器R2—R7、电容器C3一C5、二极管VD2、晶体管vi、V2、热释电红外传感器集成电路ici和时基集成电路IC2组成;控制执行电路由光祸合器VLC和电磁阀YV组成。交流220V电压经cl降压、vs稳压、VDI整流及C2滤波后,为红外检测控制电路提供6V直流电压。平时,vi和V2处于截止状态,IC2和VLC不工作,其内部的光控晶闸管处于截止状态,YV处于断电状态。当人体接近icl时,ici的输出端(OUT)将输出高电平,使vi和V2饱和导通,IC2通电工作,其3脚输出高电平,使VLC内部的发光二极管点亮,光控晶闸管导通,YV通电开始放水。与此同时,C4通过R5缓慢放电,使IC2的2脚和6脚电压不断上升。当定时时间结束(IC2的6脚电压升至4V以上)时,IC2内电