被动式红外人体探测传感器

热释电人体红外传感器只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。 热释电人体红外传感器只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。 不加菲涅尔透镜时，该传感器的探测半径可能不足2m 2m， 不加菲涅尔透镜时，该传感器的探测半径可能不足2m，配上菲涅尔 透镜则可达10m 甚至更远。菲涅尔透镜是用普遍的聚乙烯制成的， 10m， 透镜则可达10m，甚至更远。菲涅尔透镜是用普遍的聚乙烯制成的， 安装在传感器的前面。菲涅尔透镜实际是一个透镜组， 安装在传感器的前面。菲涅尔透镜实际是一个透镜组，当光线通过 透镜单元后，在其反面则形成明暗相间的可见区和盲区。 透镜单元后，在其反面则形成明暗相间的可见区和盲区。每个透镜 单元只有一个很小的视场角，视场角内为可见区，之外为盲区。 单元只有一个很小的视场角，视场角内为可见区，之外为盲区。而 相邻的两个单元透镜的视场既不连续，更不交叠， 相邻的两个单元透镜的视场既不连续，更不交叠，却都相隔一个盲 当人体在这一监视范围中运动时， 区。当人体在这一监视范围中运动时，顺次地进入某一单元透镜的 视场，又走出这一视场，热释电传感器对运动的人体一会儿看到， 视场，又走出这一视场，热释电传感器对运动的人体一会儿看到， 一会又看不到，再过一会儿又看到，然后又看不到， 一会又看不到，再过一会儿又看到，然后又看不到，于是人体的红 外线辐射不断改变热释电体的温度， 外线辐射不断改变热释电体的温度，使它输出一个又一个相应的信 输出信号的频率大约为0.1~10Hz 这一频率范围由菲涅尔透镜、 0.1~10Hz， 号。输出信号的频率大约为0.1~10Hz，这一频率范围由菲涅尔透镜、 人体运动速度和热释电人体红外传感器本身的特性决定。 人体运动速度和热释电人体红外传感器本身的特性决定。根据一特 可以探测有物体移动，产生探测信号。 性，可以探测有物体移动，产生探测信号。
微波多普勒人体探测， 微波多普勒人体探测，这个就是在救灾是常用的生命探测仪的原理， 这个根据的是微波多普列效应，探测人的心跳和体格运动来探测人的 生命体征。这个检测很准确，通过微波发射检测，检测物体微动十分 精确灵敏，但是该方法成本很高，并带有一定功率的微波辐射。
红外&视频成像人体探测，这个是比较好的方法，这个也比较容易实 现，目前鉴别算法很成熟了，但是同样的是不能甄别静止的物体，首 先有红外或者视频CCD成像，还要有处理器对成像信号进行比对，通 过比对图像差异来确定是否有人或者物体进入，该方法能够探测较小 的位移，能够实现人体的大小，形状等辨别，但是这个方法成本也很 高，这个需要很好的硬件和软件来实现鉴别算法！
在自然界，任何高于绝对温度（ 273度 时物体都将产生红外光谱， 在自然界，任何高于绝对温度（- 273度）时物体都将产生红外光谱， 不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的， 不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波 长与温度的高低是相关的。 长与温度的高低是相关的。 • 根据这一特性可知，人体也是一个热体，人体都有恒定的体温，一般 根据这一特性可知，人体也是一个热体，人体都有恒定的体温， 36-37度 所以会发出特定波长7 10微米左右的红外线 微米左右的红外线， 在36-37度，所以会发出特定波长7-10微米左右的红外线，根据这一 特性，可以制造出相应的波段敏感的红外传感器探测人体的存在。 特性，可以制造出相应的波段敏感的红外传感器探测人体的存在。 • 根据被动式红外探头就是靠探测人体发射的10微米左右的红外线而进 根据被动式红外探头就是靠探测人体发射的10微米左右的红外线而进 10 行工作的。人体发射的10 10微米左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后 行工作的。人体发射的10微米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， 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， 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 后续电路经检测处理后就能产生检测信号 产生检测信号。 荷，后续电路经检测处理后就能产生检测信号。 • 目前该方法因成本低廉，可应用技术成熟，在安防报警等人体检测领 目前该方法因成本低廉，可应用技术成熟， 域得到广泛应用。 域得到广泛应用。
红外热释电传感器如右图： 红外热释电传感器如右图：
热释电传感器利用热释电效应，是一种温度敏 释电传感器利用热释电效应， 感传感器。当传感器监测范围内温度有ΔT的 感传感器。当传感器监测范围内温度有Δ 变化时， 变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电 即在两电极之间产生一微弱电压Δ 荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱电压ΔV。 当环境温度稳定不变时， T=0， 当环境温度稳定不变时，ΔT=0，传感器无输 当人体进入检测区时， 出。当人体进入检测区时，因人体温度与环境 温度有差别，产生Δ 则有信号输出； 温度有差别，产生ΔT，则有信号输出；若人 体进入检测区后不动， 随着空气电离消失， 体进入检测区后不动，ΔQ随着空气电离消失， 则温度没有变化，传感器也没有输出， 则温度没有变化，传感器也没有输出，所以这 种传感器能检测人体或者动物的活动。 种传感器能检测人体或者动物的活动。由于传 感器的探测角度和距离的限制， 感器的探测角度和距离的限制，通常会通过增 加菲涅耳透镜，把红外光线分成可见区和盲区， 加菲涅耳透镜，把红外光线分成可见区和盲区， 同时又有聚焦的作用， 同时又有聚焦的作用，使热释电人体红外传感 PIR） 灵敏度大大增加， 器 （PIR） 灵敏度大大增加，可以提高传感 器的灵敏度。 器的灵敏度。
热释电人体红外传感器(PIP)一般都采用 热释电人体红外传感器(PIP)一般都采用 (PIP) 差动平衡结构，由敏感元件、场效应管， 差动平衡结构，由敏感元件、场效应管， 高值电阻等组成。 高值电阻等组成。 敏感元件： 1、敏感元件： 是用热释电人体红外材料(通常是锆钛酸铝) 是用热释电人体红外材料(通常是锆钛酸铝) 制成的，先把热释电材料制成很小的薄片， 制成的，先把热释电材料制成很小的薄片， 再在薄片两面镀上电极， 再在薄片两面镀上电极，构成两个串联的 有极性的小电容器。 有极性的小电容器。将极性相反的两个敏 感元做在同一晶片上， 感元做在同一晶片上，是为了抑制由于环 境与自身温度变化而产生热释电信号的干 如右图所示。 扰，如右图所示。而热释电人体红外传感 器在实际使用时，前面要安装透镜， 器在实际使用时，前面要安装透镜，通过 透镜的外来红外辐射只会聚在一个敏感元 以增强接收信号。 上，以增强接收信号。热释电人体红外传 感器的特点是它只在由于外界的辐射而引 起它本身的温度变化时， 起它本身的温度变化时，才给出一个相应 的电信号， 的电信号，当温度的变化趋于稳定后就再 没有信号输出， 没有信号输出，所以说热释电信号与它本 身的温度的变化率成正比。 身的温度的变化率成正比。
优点： 优点： 传感器以及外围电路构造简单、价格低廉、技术性能稳定。 传感器以及外围电路构造简单、价格低廉、技术性能稳定。
缺点： 缺点： 1、容易受各种热源、光源干扰 ，被动红外穿 容易受各种热源、 被动红外穿 受各种热源 透力差，人体的红外辐射容易被遮挡， 透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易 被探头接收。 被探头接收。 受射频辐射的干扰。 2、易受射频辐射的干扰。 环境温度和人体温度接近时 和人体温度接近时， 3、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。 度明显下降，有时造成短时失灵。 4、红外线热释电传感器对人体的敏感程度还 红外线热释电传感器对人体的敏感程度还 和人的运动方向关系很大。 和人的运动方向关系很大。红外线热释电传 感器对于径向移动反应最不敏感, 感器对于径向移动反应最不敏感, 而对于横 即与半径垂直的方向)移动则最为敏 切方向 (即与半径垂直的方向)移动则最为敏 感。 5、红外线热释电传感器敏感元件上的由于温 度变化引起的Δ 由于空气电离作用， 空气电离作用 度变化引起的ΔQ由于空气电离作用，会慢慢 抵消，因此对于缓慢的变化温度场传感器则 缓慢的变化温度场传感器 抵消，因此对于缓慢的变化温度场传感器则 没有响应 所以PIR传感器仅对人体移动快的 响应， PIR传感器仅对人体移动快的， 没有响应，所以PIR传感器仅对人体移动快的， 且环境温度与人体温度差异大的地方才会比 灵敏。 较灵敏。
红外线热释电人体传感器由于抗干扰能力较差，因此只能安装在室内， 红外线热释电人体传感器由于抗干扰能力较差，因此只能安装在室内， 其误报率与安装的位置和方式有极大的关系。 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： 正确的安装应满足下列条件： 的安装应满足下列条件 红外线热释电传感器应面对探测面 探测范围在探测角以内。 应面对探测面， 1。红外线热释电传感器应面对探测面，探测范围在探测角以内。 红外线热释电传感器远离空调出风口 冰箱， 空调出风口, 2。红外线热释电传感器远离空调出风口, 冰箱，火炉等空气温度 变化敏感的地方。 变化敏感的地方。 红外线热释电传感器不要直对窗口 热释电传感器不要直对窗口， 3。红外线热释电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。 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。 器也不要安装在有强气流活动的地方。
人体探测
1、目前人体探测，基本分为以下几种方式： 目前人体探测，基本分为以下几种方式： 电场成像探测； （1）电场成像探测； 微波多普勒探测； （2）微波多普勒探测； 红外成像&视频成像检测； （3）红外成像&视频成像检测； 红外线被动式传感器探测； （4）红外线被动式传感器探测； 2、主要应用领域： 主要应用领域： 红外线被动式传感器探测； （1）红外线被动式传感器探测； 安防监控报警， 安防监控报警，灯光控制等 （2）微波多普勒探测； 微波多普勒探测； 生命探测仪等； 生命探测仪等； 电场成像探测； （3）电场成像探测； 汽车安全气囊， 汽车安全气囊，汽车安全应用 红外成像& （4）红外成像&视频成像检测 安防监控等领域
电场传感器一种新型的物体探测器件，它发射一定频率的电场波，通 过测量布置在被测物体周围的多个个电极空间上分布电容的微小变化 来得到被测物体的位置、大小和相对位移变化信息。电场传感器可以 方便地用于非接触探测高度等信息，以及在汽车安全系统中探测座位 上人的位置及体积等信息。 电传感器在人体探测场合应用也较多，这个现在在高档汽车的人体探 测中应用很广泛，类似多相流检测领域的电容层析成像（ECT），在 安全气囊弹出上应用很多，可探测是小孩还是大人，以防安全气囊对 小孩或者人造成伤害，多用于高档汽车，该原理能够探测物体的形状 等信息，较为精确，因需要使用多个极板，和空间分布，需要较高速 度的调理电路和处理电路，成本较高。
Fra Baidu bibliotek
2、场效应管和高阻值电阻： 场效应管和高阻值电阻： 通常敏感元件材料阻值高达10的13次方欧姆。因此， 通常敏感元件材料阻值高达10的13次方欧姆。因此，要用场效应管进 10 次方欧姆 行阻抗变换，场效应管常用来构成源极跟随器，高阻值电阻Rg Rg的作用 行阻抗变换，场效应管常用来构成源极跟随器，高阻值电阻Rg的作用 是释放栅极电荷，使场效应管正常工作。一般在源极输出接法下， 是释放栅极电荷，使场效应管正常工作。一般在源极输出接法下，源 极电压约为0.4 1.0V。通过场效应管， 0.4～ 极电压约为0.4～1.0V。通过场效应管，传感器输出信号就能用普通 放大器进行处理。 放大器进行处理。 3、滤光窗： 滤光窗： 释电人体红外传感器中的敏感元件是一种广谱材料， 热释电人体红外传感器中的敏感元件是一种广谱材料，能探测各种波 长辐射。为了使传感器对人体最敏感，而对太阳、 长辐射。为了使传感器对人体最敏感，而对太阳、电灯光等有抗干扰 传感器采用了滤光片作窗口，即滤光窗。滤光片是在S 性，传感器采用了滤光片作窗口，即滤光窗。滤光片是在S基板上镀 多层膜做成的 多层膜做成的。人体辐射的红外线最强的波长正好在滤光片的响应波 7.5~14微米的中心处 故滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过， 微米的中心处。 长7.5~14微米的中心处。故滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过， 而阻止太阳光、灯光等可见光中的红外线通过，免除干扰。所以， 而阻止太阳光、灯光等可见光中的红外线通过，免除干扰。所以，热 释电人体红外传感器只对人体和近似人体体温的物体有敏感作用。 释电人体红外传感器只对人体和近似人体体温的物体有敏感作用。