热释电红外传感器原理

图２ Ｈｎ９１１模块的外形
图３ ＨＮ９１１模块的内部电路结构
３ 热释电探测模块的应用
下面以热释电红外探测模块ＨＮ９１１为例说明热释电探测模块的应
用。由于ＨＮ９１１内部包括热释电红外传感器、电压放大器、信号处理
电路、温度补偿电路、延时电路和高低电平输出电路，所以在应用时
只需外配所需的电阻等元器件。同时注意需外配菲涅尔透镜，其作用
（２）学生体育知识结构和个人能力的影响。体育知识是构成运 动能力和健身实践的基础，能力更是兴趣的重要条件。现行的中学体 育教育对学生的理论知识，比如生理方面、心理方面、以及肌体的运 动机理、运动卫生方面、运动技术的理论分析等知识很少涉猎，只是 一味地对学生进行技术教学。中学生都处在身体发育阶段，力量等各 方面素质达不到技术的要求，学生在不了解运动机理的情况下，便会 对自己的运动能力产生怀疑，对运动中出现的正常反应，出现惊惶、 恐惧，从而放弃运动，对运动的兴趣、积极性产生动摇。
（３）学校体育场地设施的影响。随着经济的日益发展，越来越 多的人涌向城市，使得原本拥挤的城市更加拥挤不堪。“袖珍式”的 学校比比皆是，大多数中学体育场地、器材、设施都是场地面积狭 小，不能满足体育的正常教学；场地条件较差，存在安全隐患，影响 学生参加体育活动兴趣；器材设备不足，质量差且陈旧，大多数学校 体育投资不足；设备器材竞技标准化、成人化，影响和制约了学生参 与体育活动的兴趣和积极性。
５ 结语
（１）大部分中学生对体育都有比较正确的价值观，大多数学生 已逐渐养成经常锻炼身体的习惯。
（２）通过对中学生体育价值观与体育行为的调查，反映了中学 体育教学内容和体育课程体系改革探索已见成效，但仍有很多的工作 要做。
（３）大多数学校没有充分发挥体育健身育人的作用，没有给体 育科目以足够的重视和支持。
调节电位器，第６脚接地，第１、２脚为输出端。平时，１端输出低电
平，２端输出高电平，三极管Ｖ２截止，报警指示灯不工作，Ｖ１导通；
当检测到人体移动信号时，１端输出高电平，２端输出低电平，三极管
Ｖ２导通，报警指示灯工作，Ｖ１截止。我们可以在三极管Ｖ１的集电极
加装继电器控制电路，控制电路可以控制语音芯片等，从而实现双报
仅从以上几个方面我们不难看出，当前中学生体育场地器材设备 方面的问题是比较突出的，其结果是课堂教学受到限制，课外活动难 于广泛开展，每天坚持锻炼难于实现。
（４）教育考试制度的影响。在一切为了中高考的教学目标，学 生学习成绩第一的实际情况下，体育只能是“被遗忘的角落”、“没 娘的孩子没人疼”。具体有以下一些表现。①很多学校（重点中学除 外）一到初三、高三，体育课就变成可有可无的了，体育课可以随便 挪用，正常的教学根本不能保证，更不用说课外活动。前面的调查了 解到，到了毕业班基本没有课外活动，放学后每天都补课很晚……。 ②学校对体育不够重视，不光对体育科目应有的资金投入不够，很多 学校体育教师的配备远远达不到国家规定的要求： 数量不够。很 多学校的体育教师数量不足，往往一个老师一周要上二十节课以上， 根本没有足够的时间和精力来准备每一节课，这样必然会影响教学效 果。 从作为一定时期下的特殊产物，很多学校的体育老师是由退伍 军人、退役的运动员或有一定运动经历的人担任，他们虽然有很好的 敬业精神，或一定的运动能力，但是对体育理论知识和运动原理的掌 握跟不上时代的要求，不能适应广大同学的需求。③家长在望子成 龙、望女成凤的心理影响下，只会强调小孩抓紧时间学习，小孩的课 外体育活动得不到支持。
图３示出了ＨＮ９１１模块的内部电路结构。平时，１端输出低电平， ２端输出高电平。当有移动发热体进入监视范围时，热释电红外传感 器接收到红外能量，并输出检测信号。该信号经放大器放大，由比较 器进行比较判断，再由信号处理电路处理后输出控制信号。此时，输 出端１变为高电平，输出端２变为低电平。在模块的外部，可接增益调 节电位器，以调节放大器的增益。放大器具有温度补偿功能，其主要 作用是当环境温度增高或背景红外辐射能量增加时，可使放大器的增 益随着它们的增高而自动提升，从而保证整个电路工作的稳定性。
（２）热释电红外传感器的工作原理和结构。人体具有约３７℃的 恒定体温，所以会发出波长约１０μｍ左右的红外线，热释电红外传感 器就是靠探测人体发射的１０μｍ左右的红外线进行工作的。热释电红 外传感器是一种具有极化现象的热晶体或称为“铁电体”。其内部的 热电元件由高热电系数的钽酸锂（ＬｉＴａＯ３）、钛酸钡（ＢａＴｉＯ３）、锆钛 酸铅（ＰＺＴ）等材料组成。这种铁电体的极化强度 （单位而积的电荷）随 温度变化而变化。当红外光照射到已经极化的铁电体薄片表面上时， 引起薄片温度升高，使其极化强度降低表面电荷减少，这相当于释放 一部分电荷，所以叫做热释电红外传感器。如果将负载电阻与铁电体 薄片相连，则负载电阻上会产生一个电信号输出。输出信号的大小取 决于薄片温度变化的快慢，从而反映出入射的红外光的强度。由此可 知，热释电红外传感器的电压响应率正比于入射红外光的变化率，当 恒定的红外光照射在热释电红外传感器上时，传感器没有电信号输 出，而只有铁电体处于变化过程中才有电信号输出。所以，必须有交 变的红外光照射，不断引起传感器的温度变化，才能导致热释电产生 并输出交变信号。
而学生课外活动场所更是不容乐观，随着学校体育设施进一步向 社会开放，在利益的驱使下，原本有限的活动设施更加减少。社区里 缺乏适合学生活动场所和指导学生活动的社区体育指导员；仅有的健 身器材也是为成年人量身定做的，根本不适合中学生的活动需求；社 会上开放的体育场所十分的有限，能参加活动可能性不是很大，并且 还有价格不菲的活动费用。
技术创新
２０１０年第１２期 116
热释电红外传感器原理及其应用
孙华 李扬
（鹤壁职业技术学院）
摘 要 本文介绍了热释电红外传感器的结构、工作原理和新集成器件热释电红外探测模块ＨＮ９１１外形、内部电路并论述热释 电红外探测模块在防盗报警方面的应用。
关键词 热释电红外传感器 热释电探测模块ＨＮ９１１ 报警电路
１ 热释电红外传感器
（１）红外辐射的基本知识 。红外辐射的物理本质是热辐射，它 是由于物体 （ 固体、液体和气体） 内部分子的转动及振动而产生，这 类振动是由物体受热引起的。只有在绝对零度时（ －２７３．１６℃） ， 一切 物体的分子才停止运动。在一般常温下，所有物体都是红外辐射的发 射源，如火焰、汽车、动植物、人体都是红外辐射源，但发射的红外 波长不同而已。红外线和所有电磁波一样，具有反射、折射、散射、 干涉和吸收等性质，但它的特点是热效应最大。实践证明，温度愈低 的物体辐射的红外线波长愈长，人体的温度在３７℃左右，所发射的红 外线波长为 ９ ￣ １ ０μｍ （ 属于远红外区） ，加热到４００～７００℃的物体 其发射的红外线波长为 ３ ￣ ５μｍ （ 属于中红外区），因此，热释电红 外传感器可根据物质的表面温度不同而发出不同波段的红外光来进行 温度检测。
图１ 热释电传感器结构和等效电路
２ 热释电探测模块
热释电红外探测模块是采用新技术和新工艺一个将高灵敏的热释 电红外传感器、电压放大器、信号处理电路、温度补偿电路、延时电 路和高低电平输出电路集成于一体的新器件。它具有灵敏度高、抗干 扰能力强、耐低温（－３０℃）及使用方便等特点，主要用来探测人体发 射出的红外线能量，适用于人体移动的探测报警系统。图２示出了一 种常用的热释电红外探测模块ＨＮ９１１的外形，它采用双列 ６ 脚直插式 封装。
红外线传感器是将红外辐射能转换成电能的一种光敏元件，根据 红外传感器的工作原理，可分为热型和量子型两类。热型红外传感器 也称热释电红外传感器 （ Ｐ Ｉ Ｒ）或被动型红外传感器，热释电红外传 感器是利用红外辐射的热辐射作用引起元件本身的温度变化，其探测 率、响应速度都不如量子型传感器。但由于热释电红外传感器具有远 红外线不受可见光影响，故可不分昼夜连续检测，由于被测对象自身 发射红外线，故可不必另设光源。大气对某些特定波长 （ 如８～１ ４μ ｍ）红外线吸收甚少，故具较易检测到等特点，因此在防盗、报警、安 全、自动控制等方面，热释电红外传感器比其它类型传感器应用更为 广泛。热释电红外传感器的缺点是接收灵敏度较低、响应速度较慢， 故必须配用优良的光学透镜 （ 如抛物镜、菲涅尔透镜等 ），才能达到 较高的接收灵敏度和较快的响应速度。
４ 原因分析
从以上调查的结果和产生的各种现状来看，造成中学生的体育价 值观念与行为状况的背离，本人认为对其影响的主要有以下几个因 素。
（１）社会文化的影响。作为一个拥有五千年文化的文明古国， 深厚的传统民族文化中散发出的价值观念和心理积淀，仍然对当代的 中学生有着很大的影响，特别是重文轻武的儒家思想和宋明理学的思 想，更多地强调“知书达理”、“学识渊博”。在经济日益发达的今 天，体育已被渲染成为一种娱乐品，是人们休闲娱乐的一种方式，运 动健康知识和体育锻炼意识的匮乏，没有形成良好的体育健身习惯， 我们多的是愿望，少的是参与，都在广大中学生的意识中淡化了它的 健身育人作用，这也消极地影响了体育在人们心目中的地位。
热释电红外传感器主要由外壳、滤光片、热释电元件、结型场效 应管、电阻等组成，其中滤光片设置在窗口处是为滤去无用的红外 线，让有用的红外线进入窗口。在防盗报警系统所采用滤光片为 ６μ ｍ的多膜干涉滤光片，该滤光片能很好地让人体辐射的红外线通过而 阻止其它射线通过，以免引起干扰。结型场效应管起到阻抗变换的作 用放置在管底部分。在防盗报警系统所采用热释电传感器为双元型红 外传感器，双元型传感器由两个有极性的敏感元件反向串联，这样由 于环境的影响而使整个晶片发生温度变化时，极性相反的敏感元件产 生的热释电信号相互抵消，可以有效的防止因太阳光等红外线及环境 温度变化而引起的误差。
有两个：一是将人体辐射的红外线 聚焦到热释电红外元上； 二是产
生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电探测元要求不
断变化的要求，以提高传感器的接收灵敏度，扩大监视范围。
（１）双报警电路。原理如图４所示：＋１２Ｖ电压经三端集成稳压
器７８０５稳压后向ＨＮ９１１第３脚提供 ＋５ Ｖ电压，ＨＮ９１１第４、５脚接增益
警。我们还可以在三极管Ｖ２的集电极加装为指示灯选择开关Ｓ，选择
报警方式。
（２）单报警电路。原理如图５所示：单报警电路可用６Ｖ干电池
供电，整机电流小于２Ａ。利用继电器控制报警电路的电源，实现声
控、光控电。
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体育科技
２０１０年第１２期 160
方法。在“体育课的重要性”的调查中有５７．７９％学生认为体育课重 要，这说明他们渴望从体育课堂上获得健身知识、方法、技能，但也 有少数学生认为不重要。在“你会不会因考试或升学压力而停止或放 弃体育活动”的问题中有３２．２８％的学生表示会坚持参加体育活动，有 ５１．２４％的学生表示会缩短活动时间。在“项目设置”的调查中，由 于场地器材、教师配备等方面的原因，中学体育教学的内容不可能完 全满足每个人兴趣的需要，这也打击了部分同学的积极性，我们应该 尽可能排除这些客观因素，力争多开项目，特别是一些趣味性较强的 休闲娱乐项目，以满足学生不断上升的需求。
（４）学校仍然是学生参加体育锻炼的主要场所，体育课仍然是 中学生从事体育活动的主要途径。学校之外的体育活动匮乏。
（５）中学体育教育应注意体育理论知识的传授，让体育理论为 体育实践服务wk.baidu.com让学生主动学习，自主学习。
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