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遠遠高于熱電偶，其內部的熱電元由高熱電系數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出物體放出的紅外線(xiàn)能量變化 并將其轉換為電信號輸出。杰夫倫傳感器在結構上引入場(chǎng)效應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，并不能直接使用 因而需要用電阻將其轉換為電壓形式 該電阻阻抗高達104MΩ，故引入的N溝道結型場(chǎng)效應管應接成共漏形式 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元、干涉濾光片和場(chǎng)效應管匹配器三部分組成。設計時(shí)應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，然后加電對其進(jìn)行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測元也是有正、負極性的。
圖1是一個(gè)雙探測元杰夫倫傳感器的結構示意圖。使用時(shí)D端接電源正極，G端接電源負極，S端為信號輸出。該傳感器將兩個(gè)極性相反、特性一致的探測元串接在一起，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在內部相互抵消的杰夫倫傳感器的原理特來(lái)使傳感器得到補償。對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)探測元上，從而使傳感器輸出電壓信號。
制造熱釋電紅外探測元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測波長(cháng)范圍為0．2～20μm。為了對某一波長(cháng)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(cháng)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)式紅外報警器的結構原理
3．1 結構
被動(dòng)式紅外報警器主要由光學(xué)系統、杰夫倫傳感器、信號濾波和放大、信號處理和報警電路等幾部分組成。其結構框圖如圖2所示。圖中， 菲涅爾透鏡可以將人體輻射的紅外線(xiàn)聚焦到熱釋電紅外探測元上，同時(shí)也產(chǎn)生交替變化的紅外輻射高靈敏區和盲區，以適應熱釋電探測元要求信號不斷變化的特性；杰夫倫傳感器是報警器設計中的核心器件，它可以把人體的紅外信號轉換為電信號以供信號處理部分使用；信號處理主要是把傳感器輸出的微弱電信號進(jìn)行放大、濾波、延遲、比較，為報警功能的實(shí)現打下基礎。圖3所示的是將待測目標、菲涅爾透鏡、杰夫倫傳感器相結合使用時(shí)的工作原理示意圖。
    3．2 工作原理
在該探測技術(shù)中，所謂“被動(dòng)”是指探測器本身不發(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)完成探測目的。被動(dòng)紅外報警器的特點(diǎn)是能夠響應入侵者在所防范區域內移動(dòng)時(shí)所引起的紅外輻射變化，并能使監控報警器產(chǎn)生報警信號，從而完成報警功能。圖4所示是該報警器的工作電路原理圖。
當人體輻射的紅外線(xiàn)通過(guò)菲涅爾透鏡被聚焦在杰夫倫傳感器的探測元上時(shí)，電路中的傳感器將輸出電壓信號，然后使該信號先通過(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信號電壓十分微弱（通常僅有1mV左右），而且是一個(gè)變化的信號，同時(shí)菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號電壓呈脈沖形式（脈沖電壓的頻率由被測物體的移動(dòng)速度決定，通常為0．1～10Hz左右），所以應對熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號進(jìn)行放大。本設計運用集成運算放大器LM324來(lái)進(jìn)行兩級放大，以使其獲得足夠的增益。
當傳感器探測到人體輻射的紅外線(xiàn)信號并經(jīng)放大后送給窗口比較器時(shí)，若信號幅度超過(guò)窗口比較器的上下限，系統將輸出高電平信號；無(wú)異常情況時(shí)則輸出低電平信號。在該比較器中，R9、R10、R11用做參考電壓，兩個(gè)運算放大器用做比較，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 上升沿信號 作為單穩電路HEF4538B的觸發(fā)信號，并讓其輸出一個(gè)脈寬大約為10s的高電平信號。再用這一脈寬信號作為報警電路KD9561的輸入控制信號，來(lái)使電路產(chǎn)生10s的報警信號，zui后用三極管VT1和VT2再一次對電信號進(jìn)行放大，以便有足夠大的電流來(lái)驅動(dòng)喇叭使其連續發(fā)出10s的報警聲。
4 結束語(yǔ)
用杰夫倫傳感器設計的監控報警系統具有結構簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多次測試，該系統工作情況穩定。
圖4
    熱釋電紅外報警器只能安裝在室內，其誤報率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系。正確的安裝應滿(mǎn)足下列條件：
（1）報警器應離地面2.0～2.2米。
（2）報警器應遠離空調、冰箱、火爐等空氣、溫度變化比較敏感的地方。
（3）報警器探測范圍內不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。
（4）報警器不要直對窗口，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，特性有條件的話(huà)把窗簾拉上。另外，特性報警器也不要安裝在有強氣流活動(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 （一種由高熱電系數材料、阻抗匹配用場(chǎng)效應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(xiàn)控制開(kāi)關(guān)，它在檢測到人體發(fā)射的紅外傳感器信號后接通，使負載 （報警器或照明燈、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腳內電路組成。
  控制執行電路由電阻器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到人體紅外線(xiàn)信號時(shí)，IC的2腳輸出低電平，V處于截止狀態(tài)，K不吸合，負載電路不工作。
  特性當有人在杰夫倫傳感器的有效檢測區域內活動(dòng)時(shí)，杰夫倫傳感器將接收到人體發(fā)出的紅外信號，并將其轉變成微弱的脈沖電壓信號，此電壓信號經(jīng)lC內電路放大、鑒幅處理及定時(shí)控制后，從2腳輸出控制高電平，使V導通，K吸合，負載電路通電工作。
  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，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