热释电人体红外线传感器

    

    热释电红外（PIR）传感器，亦称为热红外传感器，是20世纪80年代末期出现的一种新型传感器件。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将输出的电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警等。而且热释电红外传感器不受白天黑夜的影响，可昼夜不停地用于监测。

    1.1　热释电人体红外线传感器的基本结构和原理

    热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如钽酸锂、硫酸三甘钛、锆钛酸铅系陶瓷等制成尺寸为1×2mm的探测元件。在每个探测器中装进一个或者两个探测元件，并将两个探测元件通过反极性串联起来，来抑制由于自身温度升高所产生的干扰。经探测元件将探测并接收到的红外辐射转换成微弱的电压信号，由装在探头内的场效应管放大后输出。

    热释电红外传感器内部由光学滤镜、场效应管、红外感应源（热释电元件）、偏置电阻、EMI电容等元器件组成，其内部电路框图如图2.2所示。

    

图2.2　热释电红外传感器的内部电路框图

    光学滤镜是由一块薄玻璃片镀上多层滤光层薄膜而成的，能够有效地滤除7.0～14μm波长以外的红外线。只允许波长在10μm左右的红外线（人体发出的红外线波长）通过，而将灯光、太阳光及其他辐射滤掉，以抑制外界的干扰。

    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。由于探测元输出的是电荷信号，不能直接使用，因而需要将其转换为电压形式。场效应管输入阻抗高达104MΩ，接成共漏极形式来完成阻抗变换。

    其工作原理如下：

    当传感器没有检测到人体辐射出的红外线信号时，在热释电元件两端产生极性相反、电量相等的正、负电荷。所以正负电荷相互抵消，回路中无电流，传感器无输出。

    当人体静止在传感器的检测区域内时，照射到两个热释电元件上的红外线光能能量相等，且达到平衡，极性相反、能量相等的光电流在回路中相互抵消，传感器仍然没有信号输出。

    当人体在传感器的检测区域内移动时，照射到两个热释电元件上的红外线能量不相等，光电流在回路中不能相互抵消，传感器有信号输出。综上所述，传感器只对移动或运动的人体和体温近似人体的物体起作用。

    1.2　热释电红外线传感器的符号

    

图2.3　热释电红外传感器的符号和外形

    热释电传感器的符号如图2.3所示，热释电传感器通常采用3引脚TO-5或TO-92金属封装，使用时D端接电源正极，G端接电源负极，S端（源极）为信号输出。传感器上面的窗口上装有由某种材料制成的滤光镜，用于滤除不需要的红外线，使其不进入传感器，以满足不同的检测要求。

    热释电红外传感器的主要参数有工作电压（常用的热释电红外传感器工作电压范围为3～15V）、工作波长（通常为7.8～14μm）、源极电压（通常大于2.0V，Rs=47kΩ）。

    1.3　热释电红外传感器的安装要求

    热释电红外线传感器只能安装在室内，其误报率与安装位置和方式有极大的关系。正确的安装应满足下列条件：

    （1）热释电红外线传感器应离地面2～2.2米。

    （2）热释电红外线传感器远离空调、冰箱、火炉等空气温度变化敏感的地方。

    （3）热释电红外线传感器和被探测的人体之间不得间隔家具、大型盆景、玻璃、窗帘等其他物体。

    （4）热释电红外线传感器不能直对门窗及有阳光直射的地方，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。

    （5）安装探测器的天花板或墙要坚固，不能有晃动或震动。

    热释电红外线传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大，如图2.4所示。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感，而对于横切方向（即与半径垂直的方向）移动则最为敏感。在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。

    

图2.4　热释电红外线传感器对人体的敏感程度和人的运动方向之间的关系

    1.4　热释电红外线传感器的常见型号

    目前常用的热释电红外传感器型号主要有D203S、LH1958、LH1954、RE200B、KDS209、PIS209、PD632等。