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人體紅外線感應模塊工作原理(圖文)

時間:2019-01-18 14:18:18來源:不詳 作者:admin 點擊:
一、紅外光譜    人們肉眼看得見的光線叫可見光,可見光的波長為380~750nm。可見光的波長從短到長依次排序是紫光→藍光→青光→綠光→黃光→橙光

一、紅外光譜
  
  人們肉眼看得見的光線叫可見光,可見光的波長為380~750nm。可見光的波長從短到長依次排序是紫光→藍光→青光→綠光→黃光→橙光→紅光。波長比紅光更長的光,叫做紅外光,或叫做紅外線(紅外)。紅外光是人們無法用肉眼看見的光線。民

  部分光線的波長分布如下:

  紫光(O.40~0.43μm);藍光(0.43~0.47μm);青光(O.47~0.50μm);綠光(0.50~0.56μm);黃光(0.56~0.59μm);橙光(0.59~0.62μm);紅光(0.62~0.76μm);紅外(0.76~1000μm);紅外光又可以分為:

 

  近紅外(760~3000nm);中紅外(3000~60000rim);遠紅外(6000~150000nm)。

  自然界中任何有溫度的物體都會輻射紅外線,只不過輻射的紅外線波長不同而已。根據實驗表明,人體輻射的紅外線(能量)波長主要集中在約10000nm左右。根據人體紅外線波長的這個特性,如果用一種探測裝置,能夠探測到人體輻射的紅外線而去除不需要的其他光波。

  就能實現檢測人體活動信息的目的。因此,就出現了探測人體紅外線的傳感器產品。人體紅外線傳感器是根據熱釋電原理制作而成的。

  二、熱釋電原理
  
  人體紅外感應傳感器,是利用熱釋電效應原理制成的一種傳感產品,什么是熱釋電效應呢?就是因溫度的變化而產生電荷的一種現象。

  為清楚說明熱釋電效也現像。以圖示意說明。

  圖l是溫度變化曲線示意圖:圖2是溫度變化引起傳感器表面電荷變化狀態曲線示意圖;圖3是由傳感器表面電荷變化引起的電壓變化輸出曲線示意圖。

  圖l開始的階段(T),在沒有紅外線照射下,熱釋電紅外線傳感器的溫度沒有變化,傳感器表面的電荷處于中和狀態,正負電子對等(A),此時,傳感器沒有輸出(0)。圖l第二階段(T+△T),有溫度變化時。在人體紅外線的照射下,熱釋電紅外線傳感器的溫度如果上升了△T,那么傳感器表面的電荷就如圖2(B)所示的那樣發生相應的變化。如果溫度變化為△T,其對應的電荷變化就產生△V的變化,因此,傳感器輸出△V。隨著時間的延長,傳感器表面就會重新吸附空氣中的離子并相互抵消由此而達到如圖2c所示的中和狀態。此時,傳感器又恢復到沒有輸出(O)。如圖3所示。

  當溫度下降時,溫度又回到原來的狀態(T),其自由極化狀態如圖2D所示。由于溫度的下降變化件(相對而言)過程與溫度上升變化相反,所以,傳感器表而的電荷變化與上升時變化過程剛好相反,是個反過程。

  因此,傳感器的輸出信號就是一△V,如圖3所示。同理,隨著時間的延長,傳感器的表面又會重新吸附空氣中的離子,而使傳感器的輸出信號再次為零。

  傳感器對人體活動信息的感應全過程輸出信號如圖3所示。從傳感器輸出圖中不難看出,傳感器對人體活動的一個動作所輸出的信號是一個完整的波形。在實驗中。如果用放大器把該信號放大,再用示波器觀察就是一個正脈沖和一個負脈沖。也就是說,傳感器輸出感應到的一個移動信號近似于一個完整的l Hz脈沖信號。

  三、紅外線傳感器
  
  在熱釋電型傳感器中,以前都是使用一元的傳感器,由于一元傳感器受雜散光等因素的影響比較大,應用效果比較差。所以,現在普遍使用雙元傳感單元,這種傳感器有如下優點:

  1.具有靈敏度高的特點。

  2.兩個單元器件反向連接。因此,同時輸入的紅外線會相互抵消,沒有輸出。由此增加了對外部雜散光、環境溫度變化以及外部震動影響的穩定性(見圖5)。

  由于熱釋電型紅外線傳感器的輸入阻抗極高,非常容易引入噪聲。

  因此就需要對傳感器進行電磁屏蔽處理,因此采用金屬封裝,外殼接地(圖4、圖5的③腳)。這樣就可以達到屏蔽雜波噪聲的目的。

  在自然界中,所有物體輻射的熱能都與自身的溫度成正比。物體的溫度越高其輻射熱能的峰值波長就越短。溫度在36~37℃的人體輻射出來的熱能峰值約在900~1000nm的紅外線,因此,完全可以用熱釋電型紅外線傳感器檢測到人體的有或無。

  為了在監測人體有或無的過程中避免太陽光和照明燈光等光線的影響,通常對熱釋電型紅外線傳感器表面附加上濾光片,同時,由于人體的移動比較緩慢,因此還需要帶有高效率,能夠聚焦的菲涅爾透鏡等配件,才能滿足實際的使用需要。

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