基于热释电红外传感器的报警系统.doc

基于热释电红外传感器的报警系统-关键字：机器视觉指纹传感器双绕组感应发电机中央门锁控制交流驱动系统霍尔效应内容摘要：介绍了热释红外传感器的工作原理给出了一种被动型热释电红外报警器的结构原理及其应用电路。这种电路把红外线的隐蔽性很好地应用于报警系统中从而实现了防盗报警功能达到了安全防护之目的。1概述随着时代的不断进步人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求尤其是在家居安全方面不得不时刻留意那些不速之客｡现在很多小区都安装了智能报警系统因而大大提高了小区的安全程度有效保证了居民的人身财产安全｡由于红外线是不可见光有很强的隐蔽性和保密性因此在防盗､警戒等安保装置中得到了广泛的应用｡此外在电子防盗､人体探测等领域中被动式热释电红外探测器也以其价格低廉､技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎｡目前国内使用的各类防盗､保安报警器基本都是以超声波､主动式红外发射/接收以及微波等技术为基础｡而这里所设计的被动式红外报警器则采用了美国的传感元件——热释电红外传感器｡这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线并将其转变为电压信号同时它还能鉴别出运动的生物与其它非生物｡热释电红外传感器既可用于防盗报警装置也可以用于自动控制､接近开关､遥测等领域｡用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比具有如下特点:●不需要用红外线或电磁波等发射源｡●灵敏度高､控制范围大｡●隐蔽性好可流动安装｡2热释电红外传感器的原理特性热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器｡不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂､硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成其极化随温度的变化而变化｡为了抑制因自身温度变化而产生的干扰该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化并将其转换为电信号输出｡热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换｡由于热电元输出的是电荷信号并不能直接使用因而需要用电阻将其转换为电压形式该电阻阻抗高达104MΩ故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换｡热释电红外传感器由传感探测元､干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成｡设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片并在它的两面镀上金属电极然后加电对其进行极化这样便制成了热释电探测元｡由于加电极化的电压是有极性的因此极化后的探测元也是有正､负极性的｡图1是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图｡使用时D端接电源正极G端接电源负极S端为信号输出｡该传感器将两个极性相反､特性一致的探测元串接在一起目的是消除因环境和自身变化引起的干扰｡它利用两个极性相反､大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿｡对于辐射至传感器的红外辐射热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上从而使传感器输出电压信号｡制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料它的探测波长范围为0.2~20μm｡为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片｡这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外还能将灯光､阳光和其它红外辐射拒之门外｡3被动式红外报警器的结构原理3.1结构被动式红外报警器主要由光学系统､热释电红外传感器､信号滤波和放大､信号处理和报警电路等几部分组成｡其结构框图如图2所示｡图中菲涅尔透镜可以将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外探测元上同时也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信号不断变化的特性;热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件它可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用;信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大､滤波､延迟､比较为报警功能的实现打下基础｡图3所示的是将待测目标､菲涅尔透镜､热释电红外传感器相结合使用时的工作原理示意图｡3.2工作原理在该探测技术中所谓“被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量只是靠接收自然界能量或能量变化来完成探测目的｡被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化并能使监控报警器产生报警信号从而完成报警功能｡图4所示是该报警器的工作电路原理图｡当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时电路中的传感器将输出电压信号然后使该信号先通过一个由C1､C2､R1､R2组成的带通滤波器该滤波器的上限截止频率为16Hz下限截止频率为0.16Hz｡由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱(通常仅有1mV左右)而且是一个变化的信号同时菲涅尔透