焦迎雪

(山西輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030013)

紅外熱釋電電子狗的應(yīng)用與研究

焦迎雪

(山西輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030013)

本文主要研究熱釋電紅外傳感器在電子監(jiān)控設(shè)備中的應(yīng)用，利用半導(dǎo)體技術(shù)和新型材料來加入菲爾透鏡提高了熱釋電紅外探測器的防誤報性能、控制區(qū)域和可靠性等。

監(jiān)控設(shè)備；紅外線；傳感器

隨著社會的發(fā)展，人類生活水平的提高，大家對安全性要求也越來越高，各種防盜設(shè)備應(yīng)運而生。隨著傳感器相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，熱釋電紅外探測器的性能(如防誤報能力、控制畛域與可靠性等)有了很大程度的提高，能夠滿足各種環(huán)境下使用的要求。

現(xiàn)在人們利用高熱釋電紅外探測器來防止偷盜行為的發(fā)生。在不見光的環(huán)境下啟動紅外熱釋電電子狗監(jiān)控設(shè)備，通過其中的紅外熱釋電傳感器來感知人體發(fā)射的紅外線進(jìn)行報警，提醒主人。

1 高熱釋電紅外探測器的電路結(jié)構(gòu)

高熱釋電紅外探測器的電路主要由含型號為BISS0001的集成電路構(gòu)成。該集成電路是一款高性能的使用傳感器感知探測的信號處理集成電路，被廣泛用于安全防御和自動控制等領(lǐng)域。其特點是靜態(tài)電流小，可以和熱釋電紅外傳感器以及外圍元器件組合，而構(gòu)成被動式熱釋電紅外傳感報警器。

BISS000集成電路是由(電壓)比較器、放大器、(封鎖)時間定時器、及(延遲)時間定時器和(狀態(tài))控制器等組成的數(shù)模混合專用集成電路。

2 電路原理設(shè)計

熱釋電紅外傳感器與熱電偶的工作原理相同，也是基于熱電傳感效應(yīng)的熱電型紅外傳感器。但是從熱點系數(shù)上來說，熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)比熱電偶高的多，它內(nèi)部的熱電單元包括高熱電系數(shù)的鉭酸鋰、鐵鈦酸鉛汞陶瓷和硫酸三甘鐵以及濾光鏡片窗口等電子元器件。熱釋電紅外傳感器隨溫度的變化而變化。所以為抑制因自身溫度變化使其感應(yīng)值失真，將兩個特征一致的熱電元反向串聯(lián)相接，使其在黑暗情況下以非接觸式檢測出物體放射的紅外輸出能量和其變化，并將該能量變換轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。

熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上利用場效應(yīng)管來完成阻抗變換的過程。由于熱電元輸出的電荷信號不能被直接使用，所以這里利用電阻將電荷形式轉(zhuǎn)換成電壓輸出的形式，這里所用到的電阻阻抗值需要達(dá)到104 MΩ，所以需要利用N溝道結(jié)型場效應(yīng)管應(yīng)接成而成的源極跟隨器來完成阻抗變換。

傳感探測元、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器共同構(gòu)成熱釋電紅外傳感器。熱釋電探測元是將高熱電材料制成有一定厚度的薄片，并且在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進(jìn)行極化處理后制成，極化后的探測元是有正、負(fù)極性的。熱釋電紅外傳感器引入的場效應(yīng)管在使用時，分別將G極連接到電源負(fù)極，D極連接到電源正極，S端作為信號輸出。熱釋電紅外傳感器將特性一致、兩個極性相反的探測元串連來消除因自身和環(huán)境變化產(chǎn)生的干擾。傳感器利用大小相等，極性相反的兩個干擾信號在其內(nèi)部相互抵消來得到補償。熱釋電傳感器之所以能輸出對應(yīng)的電壓信號，是通過其感應(yīng)到的紅外線被菲涅爾透鏡聚焦然后加在兩個探測元上而得到。熱釋電紅外探測元的探測的波長范圍為0.2～20 μm，它是由一種高熱電材料制造的。在窗口上加裝一塊干涉濾波片可以提高某一波段的紅外輻射靈敏度。加裝的濾波片不但能使某波段的紅外輻射通過，而且可以阻擋陽光、燈光及其它紅外射線。

3 參數(shù)設(shè)計與器件選型

3.1 熱釋電紅外線傳感器

制造RE200B主要是利用一種高熱電系數(shù)的材料。為了抑制由于自身溫度升高而出現(xiàn)的噪聲，需要將每個探測器內(nèi)裝入的兩個探測元件反極性串聯(lián)。探測接收到的紅外射線被探測元器件轉(zhuǎn)換成微弱的電壓信號，然后被裝在探頭內(nèi)部的場效應(yīng)管放大后最后可以被向外輸出。通常在探測器的前方裝一個菲涅爾透鏡來提高探測器的靈敏度從而增大了探測距離。菲涅爾透鏡的制作材料是透明塑料，透鏡的上、下被分成相等的若干份，它是一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，通過與放大電路配合，可以將信號放大至70 dB以上，從而探測到5～10 m范圍內(nèi)的人或物的行動活動。圖1為熱釋電傳感器裝有透鏡的實物圖片。

圖1 熱釋電傳感器

3.2 菲爾透鏡

菲爾透鏡具有一種特殊光學(xué)原理，可以在其前方產(chǎn)生一個交替變化的“高靈敏度區(qū)”和“盲區(qū)”，這樣可以提高探測器的靈敏度。當(dāng)有人或物體在透鏡前通過時，發(fā)出的紅外線就會不斷交替的從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，從而將使探測到的忽強忽弱的紅外信號轉(zhuǎn)換成近似脈沖電壓的形式輸入。

3.3 BISS0001功能介紹

BISS000芯片是一種利用傳感器感知的信號處理集成電路，其中由以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件組成被動式熱釋電紅外開關(guān)可以自動快速的開啟各類裝置(例如：熒光燈、白熾燈、蜂鳴器、電風(fēng)扇、自動門、自動洗手池以及烘干機(jī)等)，被廣泛應(yīng)用于各種安全敏感環(huán)境)例如賓館、企業(yè)、庫房、商場、及家庭的走廊、過道等)。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 BISS0001

4 調(diào)試結(jié)果與分析

將電子狗的探測頭對準(zhǔn)需要探測的位置，打開電源開關(guān)，經(jīng)過30 s的開機(jī)延時進(jìn)入工作狀態(tài)。每當(dāng)有人或物在電子狗的探測范圍出現(xiàn)時，電子狗會發(fā)出蜂鳴聲，持續(xù)時間大約為15s。然后電子狗會停止工作大約2 s鐘后繼續(xù)開啟工作模式，如果再次有人或物進(jìn)入到電子狗的探測范區(qū)域，電子狗將會再次蜂鳴報警。關(guān)閉電源報警蜂鳴聲停止。經(jīng)測試，其效率很高。

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The Application and Research on Pyroelectric Infrared Electronic Dog

Jiao Yingxue

(ShanxiVocationalandTechnicalCollegeofLightIndustry,TaiyuanShanxi030013,China)

This paper mainly studies on the application of the pyroelectric infrared sensor in electronic surveillance equipment. It uses the semiconductor technology and new materials with Phil lens to improve the performance of anti false alarming, reliability, controlling area and so on of the pyroelectric infrared detector.

monitoring equipment; infrared sensors; ClC TN915

2016-03-20

焦迎雪(1986- )，女，助教，碩士，研究方向：電子信息與通信技術(shù)及智能控制等。

1674- 4578(2017)02- 0089- 02

TN915

A