热释电红外传感器论

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1、昌吉学院物理系09届工科专业毕业设计（论文）114课题名称：热释电红外传感器的应用院（系）：物理系专业：电气自动化班级：Z0902组长：孙兵组员：孙晶唐媛媛林轶男教师(签字)：唐志航完成日期：2011年12月114【摘要】通过对一个热释电红外探测电路进行理论分析与实验测试，指出了其不妥之处，针对性的给出了更为合理的应用电路。经过实验验证，改进后的电路工作可靠性提高，适用于日常生活的自动照明、自动消防龙头方面。此实验具有制作简单，成功率高，趣味性强等特点，通过对本电路的印制板设计和安装调试提高了我们对数字电路理论的理解，特别是提升了我们实践动手能力。【关键词】红外传感器；电压比较器；延

2、时电路；继电器目录：第一章概述（热释电红外传感器原理特性）第二章实际电路的分析及修改第三章电路介绍第四章制作过程第五章通电测试第六章结束语第七章参考文献114第一章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

3、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。热释电红外传感器的原理特性114热释电红外传感器和热电偶都是

4、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

5、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。热释电红外传感器多用于检测人体发射的红外线，其检测区呈球形，视角为70度左右。由于敏感元件的输出阻抗极高，而且输出电压极其微弱，故在传感器内部装有场效应管及偏置厚膜电阻（RG、RS），构成信号放大及阻抗变换电路，其内部电路如图1。这种传感器采用金属外壳封装，顶部开有窗口，窗口上装有源光镜，它可以防止不需要的红外线进入的传感器。

6、热释电红外传感器自身的接收灵敏度较低，一般检测距离仅2m114左右。配用菲涅尔透镜后，可使有效检测距离达12m左右。目前自动门、自动消防水龙头、电梯、照明控制、防盗报警等领域应用最为广泛。较为完整的热释电红外探测电路应包括：传感器，高、低通放大器、电压比较器、延时电路及执行电路（或电器）等单元。从资料手册中查看到如图2所示的典型应用电路，按原图连接线路后做实验，发现不能正常工作，进分析发现该电路存在一些不妥之处。第二章实际电路分析及修改1、1高低通放大器部分IC1使用廉价的通用四运放LM324，用其中两个运放组成高、低放大器。按图2所示参数计算得到，第一级放大器增益为：Av1=R6/

7、R4=220，第二级放大器增益为：Av2=R10/R9=270，总放大增益为：Av=220*270=59400=95.5dB.我们知道，在运算放大电路中，放大倍数一般不宜取得太大，否则容易引起输出端波形失真且导致电路自激振荡。故将R6改为200千欧，将R10改为1兆欧，此时的总增益为Av=20*100=2000=66dB,比较符合实际应用，能保证电路工作可靠。1、2电压比较器部分LM324114另外两个运放组成电压比较检测窗口，由R3、R5和R7、R8将高