红外热释电电子狗的应用与研究

焦迎雪

(山西轻工职业技术学院，山西 太原 030013)

红外热释电电子狗的应用与研究

焦迎雪

(山西轻工职业技术学院，山西 太原 030013)

本文主要研究热释电红外传感器在电子监控设备中的应用，利用半导体技术和新型材料来加入菲尔透镜提高了热释电红外探测器的防误报性能、控制区域和可靠性等。

监控设备；红外线；传感器

随着社会的发展，人类生活水平的提高，大家对安全性要求也越来越高，各种防盗设备应运而生。随着传感器相关技术的发展，热释电红外探测器的性能(如防误报能力、控制畛域与可靠性等)有了很大程度的提高，能够满足各种环境下使用的要求。

现在人们利用高热释电红外探测器来防止偷盗行为的发生。在不见光的环境下启动红外热释电电子狗监控设备，通过其中的红外热释电传感器来感知人体发射的红外线进行报警，提醒主人。

1 高热释电红外探测器的电路结构

高热释电红外探测器的电路主要由含型号为BISS0001的集成电路构成。该集成电路是一款高性能的使用传感器感知探测的信号处理集成电路，被广泛用于安全防御和自动控制等领域。其特点是静态电流小，可以和热释电红外传感器以及外围元器件组合，而构成被动式热释电红外传感报警器。

BISS000集成电路是由(电压)比较器、放大器、(封锁)时间定时器、及(延迟)时间定时器和(状态)控制器等组成的数模混合专用集成电路。

2 电路原理设计

热释电红外传感器与热电偶的工作原理相同，也是基于热电传感效应的热电型红外传感器。但是从热点系数上来说，热释电红外传感器的热电系数比热电偶高的多，它内部的热电单元包括高热电系数的钽酸锂、铁钛酸铅汞陶瓷和硫酸三甘铁以及滤光镜片窗口等电子元器件。热释电红外传感器随温度的变化而变化。所以为抑制因自身温度变化使其感应值失真，将两个特征一致的热电元反向串联相接，使其在黑暗情况下以非接触式检测出物体放射的红外输出能量和其变化，并将该能量变换转换成电压信号输出。

热释电红外传感器在结构上利用场效应管来完成阻抗变换的过程。由于热电元输出的电荷信号不能被直接使用，所以这里利用电阻将电荷形式转换成电压输出的形式，这里所用到的电阻阻抗值需要达到104 MΩ，所以需要利用N沟道结型场效应管应接成而成的源极跟随器来完成阻抗变换。

传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器共同构成热释电红外传感器。热释电探测元是将高热电材料制成有一定厚度的薄片，并且在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化处理后制成，极化后的探测元是有正、负极性的。热释电红外传感器引入的场效应管在使用时，分别将G极连接到电源负极，D极连接到电源正极，S端作为信号输出。热释电红外传感器将特性一致、两个极性相反的探测元串连来消除因自身和环境变化产生的干扰。传感器利用大小相等，极性相反的两个干扰信号在其内部相互抵消来得到补偿。热释电传感器之所以能输出对应的电压信号，是通过其感应到的红外线被菲涅尔透镜聚焦然后加在两个探测元上而得到。热释电红外探测元的探测的波长范围为0.2～20 μm，它是由一种高热电材料制造的。在窗口上加装一块干涉滤波片可以提高某一波段的红外辐射灵敏度。加装的滤波片不但能使某波段的红外辐射通过，而且可以阻挡阳光、灯光及其它红外射线。

3 参数设计与器件选型

3.1 热释电红外线传感器

制造RE200B主要是利用一种高热电系数的材料。为了抑制由于自身温度升高而出现的噪声，需要将每个探测器内装入的两个探测元件反极性串联。探测接收到的红外射线被探测元器件转换成微弱的电压信号，然后被装在探头内部的场效应管放大后最后可以被向外输出。通常在探测器的前方装一个菲涅尔透镜来提高探测器的灵敏度从而增大了探测距离。菲涅尔透镜的制作材料是透明塑料，透镜的上、下被分成相等的若干份，它是一种具有特殊光学系统的透镜，通过与放大电路配合，可以将信号放大至70 dB以上，从而探测到5～10 m范围内的人或物的行动活动。图1为热释电传感器装有透镜的实物图片。

图1 热释电传感器

3.2 菲尔透镜

菲尔透镜具有一种特殊光学原理，可以在其前方产生一个交替变化的“高灵敏度区”和“盲区”，这样可以提高探测器的灵敏度。当有人或物体在透镜前通过时，发出的红外线就会不断交替的从“盲区”进入“高灵敏区”，从而将使探测到的忽强忽弱的红外信号转换成近似脉冲电压的形式输入。

3.3 BISS0001功能介绍

BISS000芯片是一种利用传感器感知的信号处理集成电路，其中由以热释电红外传感器和少量外接元器件组成被动式热释电红外开关可以自动快速的开启各类装置(例如：荧光灯、白炽灯、蜂鸣器、电风扇、自动门、自动洗手池以及烘干机等)，被广泛应用于各种安全敏感环境)例如宾馆、企业、库房、商场、及家庭的走廊、过道等)。具体结构如图2所示。

图2 BISS0001

4 调试结果与分析

将电子狗的探测头对准需要探测的位置，打开电源开关，经过30 s的开机延时进入工作状态。每当有人或物在电子狗的探测范围出现时，电子狗会发出蜂鸣声，持续时间大约为15s。然后电子狗会停止工作大约2 s钟后继续开启工作模式，如果再次有人或物进入到电子狗的探测范区域，电子狗将会再次蜂鸣报警。关闭电源报警蜂鸣声停止。经测试，其效率很高。

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The Application and Research on Pyroelectric Infrared Electronic Dog

Jiao Yingxue

(ShanxiVocationalandTechnicalCollegeofLightIndustry,TaiyuanShanxi030013,China)

This paper mainly studies on the application of the pyroelectric infrared sensor in electronic surveillance equipment. It uses the semiconductor technology and new materials with Phil lens to improve the performance of anti false alarming, reliability, controlling area and so on of the pyroelectric infrared detector.

monitoring equipment; infrared sensors; ClC TN915

2016-03-20

焦迎雪(1986- )，女，助教，硕士，研究方向：电子信息与通信技术及智能控制等。

1674- 4578(2017)02- 0089- 02

TN915

A