全部商品分类

仪器交易网 > 仪器知识 > 工作原理 > 人体红外线传感器的原理和应用传感器是如何工作的

热点排行

人体红外线传感器的原理和应用传感器是如何工作的

时间：2020-08-04 来源：仪多多仪器网作者：仪多多商城

热释电人体红外线传感器是上世纪80年代末期出现的一种新型传感器件。现在，已得到越来越广泛的应用。目前，一些书刊只简要介绍了被动式热释电人体红外线传感器的基本应用。本文就主动式和被动式两方面的基本应用原理作一大致介绍。
    一、热释电人体红外线传感器的基本结构和原理
目前，市场上出现的热释电人体红外线传感器主要有上海产的SD02、PH5324，德国产的LH1954、LH1958，美国HAMAMATSU公司产P2288，日本NIPPON CERAMIC公司的SCA02-1、RS02D等。虽然它们的型号不一样，但其结构、外型和电参数大致相同，大部分可以彼此互换使用。
    热释电人体红外线传感器（以下简称：传感器）由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成。图1为P2288、SD02、SCA02-1的外形图。图 1a为它们的顶视图，其中较大的矩形部分为滤光窗，两个虚线框矩形为敏感单元，面积约2x1mm2 ，间距1mm。图1b为侧视图；图1c为底视图；它们的监视、探测角度如图1a、d，其中参数为SCA02-1的数据，其它两种的参数大致相同。
   1.敏感单元
其内部结构见图1a及图2。对不同的传感器来说，敏感单元的制造材料有所不同。如，SD02的敏感单元由锆钛酸铅制成；P2288由LiTaO3 制成。这些材料再做成很薄的薄片，每一片薄片相对的两面各引出一根电极，在电极两端则形成一个等效的小电容，如图2中的P1、P2。因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的，而它们形成的等效小电容能自身产生极化，极化的结果是，在电容的两端产生极性相反的正、负电荷。但这两个电容的极性是相反串联的。这正是传感器的独特设计之处，因而使得它具有独特的抗干扰性。

   当传感器没有检测到人体辐射出的红外线信号时，由于P1、P2自身产生极化，在电容的两端产生极性相反、电量相等的正、负电荷，而这两个电容的极性是相反串联的，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P1、P2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。同理，在灯光或阳光下，因阳光移动的速度非常缓慢，P1、P2上的红外线光能能量仍然可以看作是相等的，且在回路中相互抵消；再加上传感器的响应频率很低（一般为0.1~10Hz），即传感器对红外光的波长的敏感范围很窄（一般为5~15um），因此，传感器对它们不敏感。
    当环境温度变化而引起传感器本身的温度发生变化时，因P1、P2做在同一硅晶片上的，它所产生的极性相反、能量相等的光电流在回路中仍然相互抵消，传感器无输出。
    从原理上讲，任何发热体都会产生红外线，热释电人体红外线传感器对红外线的敏感程度主要表现在传感器敏感单元的温度所发生的变化，而温度的变化导致电信号的产生。环境与自身的温度变化由其内部结构决定了它不向外输出信号；而传感器的低频响应（一般为0.1~10Hz）和对特定波长红外线（一般为5~15um）的响应决定了传感器只对外界的红外线的辐射而引起传感器的温度的变化而敏感，而这种变化对人体而言就是移动。所以，传感器对人体的移动或运动敏感，对静止或移动很缓慢的人体不敏感；它可以抗可见光和大部分红外线的干扰。
    2.滤光窗
    它是由一块薄玻璃片镀上多层滤光层薄膜而成的，如图2中的M，滤光窗能有效地滤除7.0~14um波长以外的红外线。例如，SCA02-1对7.5~14um波长的红外线的穿透量为70%，在6.5um处时下降为65%，而在5.0um处时陡降为0.1%；P2288的响应波长为6~14um，中心波长为10um。
   物体发射出的红外线辐射能，较强波长和温度的关系满足λm*T=2989（um.k）（其中λm为最大波长，T为绝对温度）。人体的正常体温为36~37.5。C ，即309~310.5K，其辐射的较强的红外线的波长为λm=2989/（309~310.5）=9.67~9.64um，中心波长为9.65um。因此，人体辐射的较强的红外线的波长正好落在滤光窗的响应波长（7~14um）的中心。所以，滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而最大限度地阻止阳光、灯光等可见光中的红外线的通过，以免引起干扰。
   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。
菲涅尔透镜不使用菲涅尔透镜时传感器的探测半径不足2米，只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。配上菲涅尔透镜时传感器的探测半径可达到10米。例如，一些传感器对远在20米处快速行驶的汽车里的人体也能可靠地检测到。菲涅尔透镜采用塑料片制作而成。图3为它的平面图。从图中可以看出，透镜在水平方向上分寸成3个部分，每一部分在竖直方向上又等分成若干不同的区域。最上面部分的每一等份为一个透镜单元，它们由一个个同心圆构成，同心圆圆心在透镜单元内。中间和下半部分的每一等份也为分别一个透镜单元，同样由同心圆构成，但同心圆圆心不在透镜单元内。当光线通过这些透镜单元后，就会形成明暗相间的可见区和盲区。由于每一个透镜单元只有一个很小的视角，视角内为可见区，视角外为盲区。任何两个相邻透镜单元之间均以一个盲区和可见区相间隔，它们断续而不重叠和交叉，如图3b。这样，当把透镜放在传感器正前方的适当位置时，运动的人体一旦出现在透镜的前方，人体辐射出的红外线通过透镜后在传感器上形成不断交替变化的阴影区（盲区）和明亮区（可见区），使传感器表面的温度不断发生变化，从而输出电信号。也可以这样理解，人体在检测区内活动时，一离开一个透镜单元的视场，又会立即进入另一个透镜单元的视场，（因为相邻透镜单元之间相隔很近），传感器上就出现随人体移动的盲区和可见区，导致传感器的温度变化，而输出电信号。
菲涅尔透镜不仅可以形成可见区和盲区，还有聚焦作用，其焦点一般为5厘米左右，实际应用时，应根据实际情况或资料提供的说明调整菲涅尔透镜与传感器之间的距离，一般把透镜固定在传感器正前方1~5厘米的地方。
菲涅尔透镜一般采用聚乙烯塑料片制成，颜色为乳白色或黑色，呈半透明状，但对波长为10um左右的红外线来说却是透明的。
   表1为热释电人体红外线传感器SCA02-1的主要电参数。
``
   二、热释电人体红外线传感器的基本应用
    图4是由P2288或SCA02-1构成的热释电人体红外线传感器检测与放大电路。
   表1
项目        参数         条件
电源电压 2.2~10.0V
源极电压 0.3~2.0V      25．C
源极阻抗 47KΩ           Id=6~43uA
电平衡 10%Max）
频率响应 0.3~30Hz    12db（Max）
响应波长 7.5~14um 平均大于70%
工作温度 -10~+50。C

图4

     PY1为传感器P2288或SCA02-1，IC1为低噪声高速运算放大器LM358等。PY1检测到人体红外线信号后，从2脚输出极微弱的电信号直接输入同相放大器IC1a放大约2500倍，再从1脚输出一定幅度的信号，再经电容C8耦合到反相放大器IC1b进一步放大。IC2构成窗口式电压比较器，当IC1b的7脚电压幅度在Ua和Ub的幅值之间时，IC2的1、7脚无输出；当IC1b的7脚电压幅度大于Ub的幅值时，IC2的7脚输出高电平；当IC1b的7脚电压幅度低于Ua的幅值时，IC2的1脚输出高电平；经D1、D2相互隔离和“或”的作用，从P点输出高电平控制信号。R11用于设置窗口的阀值电平，调节R11可以调整检测器的灵敏度。P点输出高电平控制信号可以用于以下各种实用电路中。
    1.“有电，危险”安全警示电路用于有电的场合，当有人进入这些场合时，通过发出语音和声光提醒人们注意安全。
    2.自动门主要用于银行、宾馆。当有人来到时，大门自动打开，；人离开后又自动关闭。
    3.红外线防盗报警器用于银行、办公楼、家庭等场合的防盗报警。
    4.高速公路车辆车流计数器
    5.自动开、关的照明灯，人体接近自动开关等。

湿度传感器操作使用细节分析：

　湿度传感器是非密封性的，为保护测量的准确度和稳定性，应尽量避免在酸性、碱性及含有机溶剂的环境中使用。

　　目前，湿度传感器正被广泛应用于多个领域。它能够很好的监控环境中湿度，具有测量精度高，响应迅速、抗结露及污染能力强等特点。可用于电子、纺织、烟草、环保、食品、仓库、建筑、印刷等行业中的湿度检测与控制。我们在使用湿度传感器的时候，应充分了解湿度传感器的结构，并在使用过程中，注意以下几个事项：

　　1湿度传感器是非密封性的，为保护测量的准确度和稳定性，应尽量避免在酸性、碱性及含有机溶剂的环境中使用。

　　2避免在粉尘较大的环境中使用。为正确反映欲测空间的湿度，还应避免将传感器安放在离墙壁太近或空气不流通的死角处。

　　3使用时应技要求提供合适的、符合精度要求的供电电源。如果被测的房间太大，就应放置多个传感器。有的湿度传感器对供电电源要求比较高，否则将影响测量精度。或者传感器之间相互干扰，甚至无法工作。

　　4传感器需要进行远距离信号传输时，要注意信号的衰减问题。

　　当传输距离超过200m以上时，建议选用频率输出信号的湿度传感器。由于湿敏元件都存在一定的分散性，无论进口或国产的传感器都需逐支调试标定。大多数在更换湿敏元件后需要重新调试标定，对于测量精度比较高的湿度传感器尤其重要。

　　总而言之，湿度传感器的形式不是很多，但不管什么样的湿度传感器，在使用过程中还是要注意以上几个细节问题。另外，不仅仅是湿度传感器，所有的传感器在使用过程中都有它的注意事项。我们在使用的时候应该首先阅读使用说明书，向厂家咨询相关的问题，才能更好的使用。

湿度传感器操作使用细节分析

【导读】1、流量安装一般要求由干测量管形状及结构设计的差异，同一口径相近流量范围不同型号传感器的重量和尺寸差别很大，例如80mm口径轻者仅45吨，重者达150-

1、流量安装一般要求

由干测量管形状及结构设计的差异，同一口径相近流量范围不同型号传感器的重量和尺寸差别很大，例如80mm口径轻者仅45吨，重者达150-200kg。安装要求亦千差万别，因此必须按照制造厂规定的安装方法和趋避禁止事项，例如有些型号流童传感器直接连接到管道上即可，有些型号却要求设置支撑架或基础。为隔离管道振动影响仪表，有时候传感器与管道之间要介以柔性管连接，而柔性管与传感器之间又要一段有支撑件分别固定的刚性直管。选购之前应向拟购CMF的厂商索取安装使用说明书参照比较和选择。

安装设计时尽可能使其有长的使用寿命，为除去过早磨损和产生测量误差的固形物和夹杂气体，按流体和管道条件在传感器上游装过滤器或气体分离器等保护装置。若希望能在现场在线校准仪表，应考虑引流连接口和阀，以及相应的空间。

2、流量传感器安装姿势和位置

流量传感器测量管内残留固形物、结垢、储留气体等均将影响测量精度。一般说装于自下而上流动的垂直管道较为理想;但对于非直形测量管CMF装在垂直管道还是水平管上，取决于管道振动状况和应用条件。安装位置必须使测量管内充满液体，例如水平管道上流体流过CMF后直接放人容器而无背压，测量管往往不能充满，会使输出信号激烈波动。

3、截止阀和控制阀的安装

为使调零时没有流动，CMF上下游设置截止阀，并保证无泄漏。控制阀应装在CMF下游，CMF保持尽可能高的静压，以防止发生气蚀和闪蒸(flashing)。

4、脉动和振动

为勿使流程中发生的和外部的机械振动影响 CMF，向制造厂询问所提供CMF的共振频率范围，以判断现场脉动或振动频率是否接近CMF的共振频率。A可向制造厂提供现场振动状况咨询是否需要采取下列措施，如:1)设置脉动衰减器，2)设置振动衰减器或柔性连接管，3)特殊的流址传感器的夹装固定设备，等等。

5、防止CMF间相互影响

同一型号两台CMF串联安装，或多台CMF接近地并行(或并联)安装，尤其装在同一支撑台架时，测量管振动会使各CMF间相互影响，产生干扰而引起异常振动，严重时使仪表无法工作。安装时应采取防范措施，如:向制造厂提出错开接近仪表的共振频率值;拉开流量传感器距离，不设置在同一台架上，独立设置支撑架;流量传感器异方向安装;流量传感器间设置防振材料隔离等方法。

6、管道应力和扭曲

CMF法兰与管道法兰连接旋紧螺栓时要均匀，勿使CMF产生应力(例如管道两法兰平面不平行所致)。若在布设管道时预接人与CMF同样长度的短管，可防止不良布管形成的应力。在使用过程中由于工艺流程压力和温度变化，CMF会受到管线轴向力或弯曲/扭曲力，影响测量性能，要做好必要的固定支架。

7、强磨蚀性浆液的使用

前文提到测量强磨蚀性浆液可以选用直管单管型并且要使测量管处于垂直位置，以免管壁磨损不匀，缩短使用寿命。然而管壁厚度变薄会降低测量管刚性而改变流量测量值，因此在这种场所的运行初期要定期监测，确认使用周期。

测量管内壁结垢或沉积也会影响测量精确度，因此要定期清洗。

8、零点漂移和调零

零点漂移来自流量传感器部分，主要原因有:1)机械振动的非对称性和衰减;2)流体的密度粘度变化。影响前者的因素有:a)管端固定应力的影响;b)振动管刚度的变化;c) 双管谐振频率不一致性;d)管壁材料的内衰减。后者影响零位的原因是结构不平衡，因此即使在空管时将双管的谐振频率调整一致，到充满液体时可能产生零漂，同样因枯度引起的振动衰减与频率有关，在流动时亦可能产生零漂。

最后调零必须在安装现场进行，流量传感器排尽气体，充满待测流体后再关闭传感器上下游阀门，在接近工作温度的条件下调零。安装方面变动或沮度大幅度变化时需重新调整。

仪器网-专业分析仪器服务平台,实验室仪器设备交易网,仪器行业专业网络宣传媒体。

相关热词：

等离子清洗机,反应釜,旋转蒸发仪,高精度温湿度计,露点仪,高效液相色谱仪价格,霉菌试验箱,跌落试验台,离子色谱仪价格,噪声计,高压灭菌器,集菌仪,接地电阻测试仪型号,柱温箱,旋涡混合仪,电热套,场强仪万能材料试验机价格,洗瓶机,匀浆机,耐候试验箱,熔融指数仪,透射电子显微镜。

上一篇：关于落锤冲击试验机的详细说明 ...

下一篇：KO-7DJ土工膜（防渗膜）渗...