热释电红外传感器在防盗系统中的应用.doc

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热释电红外传感器在防盗系统中的应用

邵杭琪

（杭州师范大学钱江学院，浙江2011810851）

摘要：

介绍自动防盗报警器，该系统由热释电红外传感器，电话和控制电路组成，若有人在警戒范围内移动，红外传感器检测出信号，检测电路使电话自动拨号，并通过其中的语言电路报告现场地址。

关键词：

热释电传感器电话报警

前言

随着信息技术不断的进步以及传感器技术的普及和发展，尤其是跨入新世纪后，人类对于安全性的保密问题越来越重视。

红外探测技术已渗透到国民经济的各行各业和人们日常生活的方方面面，在现代防盗技术中以红外传感器和高可靠微波感应人体传感器为核心器件，设计采用的红外探测传感器,若使某些强电解质物质的表面发生变化，随着温度的上升或是下降，在这些物质表面就会产生电荷的变换，从而将信息传导到报警电路，完成整个探测和报警。

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。

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。

1热释电传感器的结构及工作原理

1.1热释电传感器的构造：

热释电传感器构图如图1所示。

光线从

（1）窗进入，进过

（2）滤光片达到（3）热释电原件，从而产生电信号，电信号经过（4）引线输出。

1.2防盗系统的工作原理：

热释电红外传感器的窗口接收光线，滤波片对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此只有特定波长的红外信号才能通过滤波片照射在热释电元件上。

热释电元件被光照后，由于热释电元件的上下表面受到的光照不同，产生电子，并且形成电流，使两块黑色涂膜产生不同的热释电。

电流经过场效应后放大输出电压信号。

1.3报警系统的功能及工作过程

功能：

当有人或其它物体入侵到监测范围内时，LED灯点亮，报警声音响起。

工作过程：

当有人或其它物体入侵到监测范围内时，热释电元件上下表面受到的光照不同，产生电子，发出了电流，产生感应，热释电红外传感器中的报警电路会接收此电流，使两块黑色涂膜产生不同的热释电，使报警电路形成通路，并对居室主人提出报警提示，直至系统关闭。

1.4系统指标参数

红外探测器对垂直方向物体十分敏感，在室内探测距离可达12米，覆盖80平方米的空间；两中探测器综合起来使用，可对80平方米范围内实施有效稳定的监控报警。

本系统允许环境温度为技术参数：

波长灵敏度特性在0.2~20µm范围，人体正常体温36~37（309~310k），人体中辐射出的红外线波长约为9~10µm,带通滤光片波范围8~11µm，

2防盗系统的工作实例

2.1工作电源的设计

低压直流一般都采用变压器降压在经过整流而得到的。

变压器是由矽钢片，铜导线为主体构成，成本高，体积大，分量也重。

质量欠佳的变压器耗能也会比较大。

因此，我们把变压器改成阻容分压和桥式整流电路串联再加电容滤波，为各个环节提供了所需的工作电压。

并且其制作成本比传统的变压器降低了许多。

2.2方案的工作流程图

光学系统

红外激光器

驱动电路

光学系统

红外传感器

放大器

报警装置

信号处理电路

图2方案的工作流程图

3热释电红外传感器的工作原理

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。

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。

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2m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。

4展望未来

对于红外线传感器，我认为这些性能可以进一步的研究：

（1）红外温度传感器的感应角度。

温度传感器在接收红外线的时候有一定的角度，在某些区域内感应不到，从而可能产生些许漏洞，致使安全系统不再安全。

（2）红外温度传感器的测温距离，也需要进一步的研究，从而避免了他人从远处窥视，拍摄等情况的发生。

希望在不久的将来传感器能真正的做到集成化，微型化，多功能化，同时准确性能大大的提高。