红外线传感器-毕业论文

附录2：电路仿真图..................................................27

1 绪论

1.1设计背景

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。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： 1.不需要用红外线或电磁波等发射源； 2.灵敏度高、控制范围大； 3.隐蔽性好，可流动安装。

1.2设计概述

随着电子技术的发展，人类不断研究，不断创新纪录，人们自身的安防意识也在逐渐增强。红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。

该报警器能探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。本设计是在指导老师给定课题的基础上经过分析利用热释电红外线传感器探测人体辐射出的红外线信号原理设计出来的人体红外线感应报警器。内容广泛，灵活应用。

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2 设计思路

热释红外传感系统由传感器、光学系统和检测电路三部分构成，其中传感器由敏感元（红外热释电材料PZT制成）、场效应管（作阻抗变换）、高阻Rg（释放栅极电荷使场效应管安全正常工作）和滤光片（有效地防止抑制电灯、太

阳光的干扰，选取人体的红外辐射）等组成；热释电传感器前面安装菲涅尔透 镜，使外来红外辐射通过透镜仅会聚光于一个传感元上，产生的信号不会被抵消，增加传感器的探测距离；在探测范围内，传感器的输出信号频率大约为0.1—10Hz，检测电路由检测、放大、比较电路、延时电路驱动电路等组成。最终将信号转化为发光二极管亮的光信号或蜂鸣器响的声信号。

图2-1热释电红外传感器内部结构 图2-2传感器内部结构连接图

利用模拟电子电路构成被动红外线感应报警器。系统主要有红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、开机延时、音响报警延时和12V电源电路组成。

红外线 传感器 信号放大 电压比较 延时电路 电源电路 开机延时 音响报警

图2-3人体红外线感应报警器组成框图

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3 热释电传感器概述

3.1热释电红外线传感器的概述

主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。

热释电红外传感器多用于检测物体发射的红外线，其检测区呈球形，视角70度左右。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2cm左右，但热释电外传感器表面罩一块菲涅尔透镜后，可以提高传感器的灵敏度，扩大监视范围，检测距离可以由原来的2cm增加到10cm。在防盗报警系统中所采用的热释电传感器为双元型红外传感器，双元型红外传感器由两个极性相反的热释电元件反向串联。当移动物体发射的红外线进入透镜的监视范围时，就会产生一个交替“盲区”和“高敏感区”，使传感器的两个反向串联的热释电元件的温度，使它输出一串脉冲信号。若物体静止不动地站在热释电元件前，极性相反的敏感元件产生的热释电信号将相互抵消，它会无输出，这样也可以有效地防止因太阳光等红外线及环境温度变化而引起的误差，提高热释电红外传感器的抗干扰性能。

热释电红外感应系统在防盗报警、自动门、自动消防水龙头、电梯、照明控制等领域应用最为广泛。

3.1.1热释电红外线传感器的优缺点

1.优点：

本身不发任何类型的辐射 器件功耗很小，隐蔽性好 价格低廉

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