the_design_of_infrared_sensor论文设计(编辑修改稿)

the_design_of_infrared_sensor论文设计(编辑修改稿)内容摘要：

可以发现温度异常的 部位，及时对疾病进行诊断治疗（见热像仪）；利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视，可实现大范围的天气预报；采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机 的过热情况等。 具有红外传感器的望远镜可用于军事行动，林地战探测密林中的敌人，城市战中探测墙后面的敌人，以上均利用了红外线传感器测量人体表面温度从而得知敌人所在地。 被动式红外传感器 被动式红外探测器不需要附加红外辐射光源，本身不向外界发射任何能量，而是由探测器直接探测来自移动目标的红外辐射，因此才有被动式之称。 被动式红外探测器是利用热释电 效应进行探测的。 被动式红外探测器又称为热释电红外探测器，其主要工作原理便是热释电效应。 热释电效应是指如果某些强介电质材料（如釺酸钡、釺醋酸铅等）的表面中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 11 温度发生变化，则随着温度的上升或下降，材料表面发生变化，即表面上就会产生电荷的变化，从而使物质表面电荷失去平衡，最终电荷变化将以电压或电流的形式输出。 被动式红外 传感 器的核心部件是红外探测器件（红外传感器），通过光学系统的配合作用，它可以探测到位某一个立体防范空间内的热辐射的变化。 当防范区域内没有移动的人体等目标时，由于所有背景物体（如墙、家具等）在室温下红 外辐射的能量比较小，而且基本上是稳定的，所有不能触发报警。 当有人体在探测区域内走动时，就会造成红外热辐射能量的变化。 红外传感器将接收到的活动人体与背景物体之间的红外热辐射能量的变化转换为相应的电信号，经适当的处理后，送往报警控制器，发出报警信号。 ⑴ 、被动式红外探测器属于空间控制型探测器。 其本身不向外界辐射任何能量，其功耗小，普通的电池就可以维持长时间的工作。 ⑵ 、由于红外线的穿透性能较差，在监控区域内不应有障碍物，否则会造成探测 “ 盲区 ”。 ⑶ 、为了防止误报警，不应将被动式红外探测器探头对准任何温 度会快速改变的物体，特别是发热体。 ⑷ 、在选择安装位置时，应使探测器具有最大的警戒范围，使可能的入侵者都能处于警戒范围，使可能的入侵者都能处于红外警戒的光束范围之内。 并使入侵者的活动有利于横向穿越光束带区，可以提高探测的灵敏度。 ⑸ 、产品类型有壁挂式和吸顶式被动红外探测器。 ⑹ 、由于被动式红外探测器是以被动方式工作，所以同一室内安装数个，也不会产生干扰。 热释电红外线传感器简介 热释电红外线传感器及滤光片 热释电红外线传感器及滤光片 (也称被动式传感器 )是接收物体辐射的红外线 并把它转为电 信号的一种原件，通常是由两个极性相反的传感元件串联连接，并与一个高阻和一个场效应晶体管组装在一起电路原理见框下图。 它可以根据应用的需要，设计成两个传感元件都用于接收红外线辐射或仅一个传感元件用也接收红外辐射（另一个被遮挡）。 热释电传感器对交变的红外辐射产生响应，对于先后入射到两个传感元件上的辐射信号将产生正或负的信号输出，当辐射信号同时入射到两个传感元件上，由于两个传感元件极性相反连接，所以信号就会相互抵消，没有输出。 中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 12 因此用双原传感元件制成的热释电传感器对环境温度的变化，背景辐射和受振动产生的随机噪声都 具有良好的补偿作用，使传感器在实际使用中能稳定可靠。 红外线在空气中透射会被大气中的水蒸气和有些气体分子所吸收，透射率较高的区域称大气窗口见。 为了提高物体辐射的红外线在大气中的对比度，传感器的光谱带也要与大气窗口吻合，通常在热释电传感器前加一快 8— 14UM 的光学干涉滤光片。 滤光片能有效的让带宽内的红外辐射通过而抑制带宽外的成分，特别是能抑制近红外的辐射对热释电传感器的干扰。 菲涅尔透镜 红外辐射虽然是不可见的，但它的聚焦与一般的光学成像一样，满足下试：1/V+1/U=1/F 由于红外辐射的 波长较长且波段较宽，所以一般的玻璃光学透视（除了近无法使其透过和聚焦。 有很多材料能用于红外的透视和聚焦，但比较实用的是采用一种由低到密度聚乙烯（也称高压聚乙烯）材料做成的成为菲涅尔透镜来对红外辐射进行聚焦。 菲涅尔透镜保留了透镜的缘由曲率半径，使其具有聚焦的功能，又减少了透复 L 的体积和重量且有可塑性，不一损坏。 根据应用的需要可以制成不同的焦距，不同视场的菲涅尔透镜 例如对远距离的红外辐射进行聚焦的单试场小角度的透镜，和用于近距离的大角度进行聚焦的多视透镜 热释电人体红外传感器只有配合菲涅尔透镜实用才能发挥 最大的作用。 不加菲涅尔透镜时，该传感器的探测半径可能不足 2m，配上菲涅尔透镜侧可 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，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。 每个透镜单元只有一个很小的视场角，视场角内位可见区，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，却都相隔一个盲区。 当人体在这一监视范围内运动时，顺次地进入某一单元的透视的视场，又走出这一视场，热释电传感器对运动的人体一会儿看到，一会儿又看不到，再过一会儿又 看得到，然后又看不到，于是人体的红外线辐射不断的改变热释电体的温度，使它输出一个又一个相应的信号。 ，输出信号的频率大约 ，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。 根据这中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 13 一特性，可以探测物体移动，产生探测信号。 人体热释电红外传感器和应用介绍被动式热释电红外探头的工作原理及特性：一般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尼尔 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，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号。 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尼尔滤光片，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)菲尼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。 在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。 热释电红外线传感器的工作特点 热释电红 外线传感器通过接受人体辐射的特定波长的红外线，可将其转化为与人体运动速度、距离、方向有关的低频信号。 当热释电红外线传感器受到红外辐射源的照射时，其内部敏感材料的温度将升高，极化强度减弱，表面电荷减少，通常将释放掉的这部分电荷称为热释电电荷。 由于热释电电荷的多少可以反映出材料温度的变化，所以由热释电电荷经电路变成的输出电压也同样可以反映出材料的温度变化，从而探测出红外辐射能量的变化。 红外探测器的光学系统可以将来自多个方向的红外辐射能量聚焦在探测器上，这样红外探测器就可以探测到某一个立体探测空间内热辐射的变化。 中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 14 当防范区域内没有移动的人体时，由于所有的背景物体（如墙壁、家具等）在室温下红外辐射的能量很小，而且基本上是稳定的，所以不会触发报警器。 但有人体突然进入探测区时，会造成红外辐射能量的突然变化，红外探测器将收到的活动人体与背景物体之间的红外辐射能量的变化转化为相应的电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快慢，经过后级比较器与状态控制器产生相应的输出信号，送往报警器，发出报警信号。 红外探测器的探测波长为 814um，人体的红外辐射波长正好处于这个范围之内，因此能较好的探测到人体的活动。 被动式红外探测器属 于空间控制型探测器，其警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成锥体感热区域，构成立体警戒。 热释电红外线传感器电路图 热释电红外线传感器是 80 年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。 是一种能检测人体发出的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。 他能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电信号输出。 将该电信号放大，便可驱动各种控制电路。 热释电红外线传感器内部结构框图如图 2 图 2 热释电红外线传感器应用图 3 中国地质大学江城学院毕业论文。