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杰夫倫傳感器的原理
閱讀：8254 發(fā)布時(shí)間：2012-3-22杰夫倫傳感器的原理特性
杰夫倫傳感器的原理特性
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原裝，假一賠十
杰夫倫傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器,。不同的是杰夫倫傳感器的熱電系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱電偶,，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成,，其極化隨溫度的變化而變化,。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾 該傳感器在工藝上將兩個(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動(dòng)平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測(cè)出物體放出的紅外線能量變化 并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出,。杰夫倫傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場(chǎng)效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換,。由于熱電元輸出的是電荷信號(hào)，并不能直接使用 因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式 該電阻阻抗高達(dá)104MΩ,，故引入的N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式 即源極跟隨器 來(lái)完成阻抗變換,。杰夫倫傳感器由傳感探測(cè)元、干涉濾光片和場(chǎng)效應(yīng)管匹配器三部分組成,。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片,， 并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對(duì)其進(jìn)行極化,，這樣便制成了熱釋電探測(cè)元,。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測(cè)元也是有正,、負(fù)極性的,。
圖1是一個(gè)雙探測(cè)元杰夫倫傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖,。使用時(shí)D端接電源正極，G端接電源負(fù)極,，S端為信號(hào)輸出,。該傳感器將兩個(gè)極性相反、特性一致的探測(cè)元串接在一起,，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾,。它利用兩個(gè)極性相反、大小相等的干擾信號(hào)在內(nèi)部相互抵消的杰夫倫傳感器的原理特來(lái)使傳感器得到補(bǔ)償,。對(duì)于輻射至傳感器的紅外輻射,，熱釋電傳感器通過(guò)安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個(gè)探測(cè)元上，從而使傳感器輸出電壓信號(hào),。
制造熱釋電紅外探測(cè)元的高熱電材料是一種廣譜材料,，它的探測(cè)波長(zhǎng)范圍為0．2～20μm。為了對(duì)某一波長(zhǎng)范圍的紅外輻射有較高的敏感度,，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片,。這種濾波片除了允許某些波長(zhǎng)范圍的紅外輻射通過(guò)外，還能將燈光,、陽(yáng)光和其它紅外輻射拒之門(mén)外,。
3 被動(dòng)式紅外報(bào)警器的結(jié)構(gòu)原理
3．1 結(jié)構(gòu)
被動(dòng)式紅外報(bào)警器主要由光學(xué)系統(tǒng)、杰夫倫傳感器,、信號(hào)濾波和放大,、信號(hào)處理和報(bào)警電路等幾部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示,。圖中,， 菲涅爾透鏡可以將人體輻射的紅外線聚焦到熱釋電紅外探測(cè)元上，同時(shí)也產(chǎn)生交替變化的紅外輻射高靈敏區(qū)和盲區(qū),，以適應(yīng)熱釋電探測(cè)元要求信號(hào)不斷變化的特性,；杰夫倫傳感器是報(bào)警器設(shè)計(jì)中的核心器件，它可以把人體的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以供信號(hào)處理部分使用,；信號(hào)處理主要是把傳感器輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大,、濾波、延遲,、比較,，為報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。圖3所示的是將待測(cè)目標(biāo),、菲涅爾透鏡,、杰夫倫傳感器相結(jié)合使用時(shí)的工作原理示意圖。
3．2 工作原理
在該探測(cè)技術(shù)中,，所謂“被動(dòng)”是指探測(cè)器本身不發(fā)出任何形式的能量,，只是靠接收自然界能量或能量變化來(lái)完成探測(cè)目的,。被動(dòng)紅外報(bào)警器的特點(diǎn)是能夠響應(yīng)入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)所引起的紅外輻射變化，并能使監(jiān)控報(bào)警器產(chǎn)生報(bào)警信號(hào),，從而完成報(bào)警功能,。圖4所示是該報(bào)警器的工作電路原理圖。
當(dāng)人體輻射的紅外線通過(guò)菲涅爾透鏡被聚焦在杰夫倫傳感器的探測(cè)元上時(shí),，電路中的傳感器將輸出電壓信號(hào),，然后使該信號(hào)先通過(guò)一個(gè)由C1、C2,、R1,、R2組成的帶通濾波器，該濾波器的上限截止頻率為16Hz,，下限截止頻率為0．16Hz,。由于杰夫倫傳感器輸出的探測(cè)信號(hào)電壓十分微弱（通常僅有1mV左右），而且是一個(gè)變化的信號(hào),，同時(shí)菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號(hào)電壓呈脈沖形式（脈沖電壓的頻率由被測(cè)物體的移動(dòng)速度決定,，通常為0．1～10Hz左右）,，所以應(yīng)對(duì)熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大,。本設(shè)計(jì)運(yùn)用集成運(yùn)算放大器LM324來(lái)進(jìn)行兩級(jí)放大，以使其獲得足夠的增益,。
當(dāng)傳感器探測(cè)到人體輻射的紅外線信號(hào)并經(jīng)放大后送給窗口比較器時(shí),，若信號(hào)幅度超過(guò)窗口比較器的上下限，系統(tǒng)將輸出高電平信號(hào),；無(wú)異常情況時(shí)則輸出低電平信號(hào),。在該比較器中，R9,、R10,、R11用做參考電壓，兩個(gè)運(yùn)算放大器用做比較,，兩個(gè)二極管的主要作用是使輸出更穩(wěn)定,。窗口比較器的上下限電壓 即參考電壓 分別為3．8V和1．2V。將這個(gè)高低電平變化的信號(hào) 上升沿信號(hào) 作為單穩(wěn)電路HEF4538B的觸發(fā)信號(hào),，并讓其輸出一個(gè)脈寬大約為10s的高電平信號(hào),。再用這一脈寬信號(hào)作為報(bào)警電路KD9561的輸入控制信號(hào)，來(lái)使電路產(chǎn)生10s的報(bào)警信號(hào),，zui后用三極管VT1和VT2再一次對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大,，以便有足夠大的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)喇叭使其連續(xù)發(fā)出10s的報(bào)警聲。
4 結(jié)束語(yǔ)
用杰夫倫傳感器設(shè)計(jì)的監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、成本低等優(yōu)點(diǎn),。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試,，該系統(tǒng)工作情況穩(wěn)定。
圖4
熱釋電紅外報(bào)警器只能安裝在室內(nèi),，其誤報(bào)率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系,。正確的安裝應(yīng)滿足下列條件：
（1）報(bào)警器應(yīng)離地面2.0～2.2米。
（2）報(bào)警器應(yīng)遠(yuǎn)離空調(diào),、冰箱,、火爐等空氣、溫度變化比較敏感的地方,。
（3）報(bào)警器探測(cè)范圍內(nèi)不得有隔屏,、家具、大型盆景或其他隔離物,。
（4）報(bào)警器不要直對(duì)窗口,，特性否則窗外的熱氣流擾動(dòng)和人員走動(dòng)會(huì)引起誤報(bào)，特性有條件的話把窗簾拉上,。另外,，特性報(bào)警器也不要安裝在有強(qiáng)氣流活動(dòng)的地方。
熱釋電紅外控制開(kāi)關(guān)
特性本例介紹一款采用杰夫倫傳感器 （一種由高熱電系數(shù)材料,、阻抗匹配用場(chǎng)效應(yīng)晶體管的濾光鏡片等組成的新型敏感元件）特性和特性集成電路制作的熱釋電紅外線控制開(kāi)關(guān),，它在檢測(cè)到人體發(fā)射的紅外傳感器信號(hào)后接通，使負(fù)載 （報(bào)警器或照明燈,、排風(fēng)扇等）通電工作,。
電路工作原理
特性該熱釋電紅外控制開(kāi)關(guān)電路由熱釋紅外傳感器 （PIR）、特性,熱釋電紅外控制電路,、光控電路和控制執(zhí)行電路組成,，如圖3-66所示。
特性熱釋電紅外控制電路由集成電路lC（SS0001）和電阻器RZ-R9,、電容器Cl-C8組成,。SS0001是熱釋電紅外控制集成電路特性，其內(nèi)部由輸入放大器,、特性雙向限幅器,、狀態(tài)控制器、延時(shí)定時(shí)器,、鎖存定時(shí)器和基準(zhǔn)電源等電路組成,，特性如圖3-67所示。
特性光控電路由光敏電阻器RG,、特性電阻器Rl和IC第9腳內(nèi)電路組成,。
控制執(zhí)行電路由電阻器RlO、晶體管V,、特性二極管VD和繼電器K組成,。
杰夫倫傳感器應(yīng)與非涅爾透鏡配合使用,，才能提高其靈敏度。在杰夫倫傳感器未檢測(cè)到人體紅外線信號(hào)時(shí),，IC的2腳輸出低電平,，V處于截止?fàn)顟B(tài)，K不吸合,，負(fù)載電路不工作,。
特性當(dāng)有人在杰夫倫傳感器的有效檢測(cè)區(qū)域內(nèi)活動(dòng)時(shí)，杰夫倫傳感器將接收到人體發(fā)出的紅外信號(hào),，并將其轉(zhuǎn)變成微弱的脈沖電壓信號(hào),，此電壓信號(hào)經(jīng)lC內(nèi)電路放大、鑒幅處理及定時(shí)控制后,，從2腳輸出控制高電平,，使V導(dǎo)通，K吸合,，負(fù)載電路通電工作,。
特性在白天，光敏電阻器RG受光照射而呈低阻狀態(tài),，IC的9腳 （觸發(fā)禁止端）被鎖定為低電平,，使IC的2腳恒定輸出低電平。特性夜晚,，特性RG因無(wú)光照射而呈高阻狀態(tài),，IC的g腳恢復(fù)為高電平,，熱釋電紅外控制開(kāi)關(guān)又迸人警戒狀態(tài),。若想該熱釋電紅外控制開(kāi)關(guān)白天、晚上均工作,，可將RG去掉或在Rl兩端并接一只小開(kāi)關(guān),。
元器件選擇
Rl-RlO選用1/4W碳膜電阻器或金屬膜電阻器。
RG選用亮阻小于2OkΩ,、暗阻大于2MΩ的光敏電阻器,。
Cl、C2和C6均選用耐壓值為16V的鋁電解電容器;C3-C5,、C7和C8均選用獨(dú)石電容器或滌綸電容器,。
VD選用IN4007型硅整流二極管特性。
V選用S9013或C8050,、58050,、3DG8050型硅NPN晶體管。
IC選用SS0001或BISS0001特性型熱釋電紅外傳感控制集成電路,。
杰夫倫傳感器可選用AMNl特性或陀28,、SDO2等型號(hào),，特性配用Q-lA特性或CE-024型菲涅爾透鏡。
K選用4098型直流繼電器