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1、實驗12 組員： 姓名：張凱凱 學(xué)號：00094831110 姓名：張超 學(xué)號：00094831153 姓名：俞濤 學(xué)號：00094831073 12.1實驗?zāi)康模? 12.1.1、了解熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用。 12.2實驗設(shè)備和元件： 12.2.1實驗設(shè)備： 12號熱釋電紅外傳感器模塊、±12V電源。 12.2.2其它設(shè)備：導(dǎo)線若干。 12.3實驗內(nèi)容： ＊12.3.1、利用網(wǎng)絡(luò)或圖書館等，首先掌握熱釋電紅外傳感器原理、型號、使用方法、以及信價比等，整理成不少于3000字的說明書。 人的眼睛能看到的可見光按波長從長到短排列，

2、依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。其中紅光的波長范圍為0.62～0.76μm；紫光的波長范圍為0.38～0.46μm。比紫光光波長更短的光叫紫外線，比紅光波長更長的光叫紅外線 最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件，紅外傳感器就是其中的一種。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紅外線傳感器的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，下面結(jié)合幾個收集到的實例，介紹一下紅外線傳感器的應(yīng)用。 熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人或動物發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器。早 在1938年，有人提出過利用熱釋電效應(yīng)探測紅外輻射，但并未受到重視，直到六十年代，隨著激光、紅外技術(shù)的迅速發(fā)展，才又推動了對熱釋電效

3、應(yīng)的研究和對熱釋電晶體的應(yīng)用。熱釋電晶體已廣泛用于紅外光譜儀、紅外遙感以及熱輻射探測器，它可以作為紅外激光的一種較理想的探測器。它目標(biāo)正在被廣泛的應(yīng)用到各種自動化控制裝置中。除了在我們熟知的樓道自動開關(guān)、防盜報警上得到應(yīng)用外，在更多的領(lǐng)域應(yīng)用前景看好。比如：在房間無人時會自動停機的空調(diào)機、飲水機。電視機能判斷無人觀看或觀眾已經(jīng)睡覺后自動關(guān)機的機構(gòu)。開啟監(jiān)視器或自動門鈴上的應(yīng)用。結(jié)合攝影機或數(shù)碼照相機自動記錄動物或人的活動等等。您可以根據(jù)自己的奇思妙想，結(jié)合其它電路開發(fā)出更加優(yōu) 秀的新產(chǎn)品 、或自動化控制裝置。 人體熱釋電紅外傳感器和應(yīng)用介紹 被動式熱釋電紅外

4、探頭的工作原理及特性： 一般人體都有恒定的體溫， 一般在37度，所以會發(fā)出特定波長10UM左右的紅外線，被動式紅外探頭就 是靠探測人體發(fā)射的10UM左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的10UM左 右的紅外線通過菲尼爾濾光片增強后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常 采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會 失去電荷平衡，向外釋放電荷，電后續(xù)電路經(jīng)檢驗處理后即可產(chǎn)生報警信號。 1)這種探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的。所以熱釋電元件對波長為10UM左右的紅外輻射必須非常敏感。 2)為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲尼爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明

5、顯的控制作用。 3)被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效 應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出。 4)一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理而報警。 5)菲尼爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距（感應(yīng)距離），從而產(chǎn) 生不同的監(jiān) 控視場，視場越多，控制越嚴(yán)密。 在電子防盜、人體探測器領(lǐng)域中，被動式熱釋電紅外探測器的應(yīng)用非常廣泛，因其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和

6、專業(yè)人士的歡迎。 紅外幕簾探測器工作原理作：紅外幕簾探測器本身不發(fā)出任何能量，是靠被動的接收紅外能量來工作的。人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長10UM左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體的10UM左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的10UM左右的紅外線通過菲尼爾濾光片增強后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。由于幕簾探測器的菲尼爾透鏡是經(jīng)過特殊處理，所以可以把幕簾的寬度控制在20厘米，也就不影響主人在家的活動。 紅外線遙控鼠標(biāo)器中的傳感器

7、：在機械式鼠標(biāo)器底部有一個露出一部分的塑膠小球,當(dāng)鼠標(biāo)器在操作桌面上移動時，小球隨之轉(zhuǎn)動，在鼠標(biāo)器內(nèi)部裝有三個滾軸與小球接觸，其中有兩個分別是X軸方向和Y軸方向滾軸，用來分別測量X軸方向和Y軸方向的移動量，另一個是空軸，僅起支撐作用。拖動鼠標(biāo)器時，由于小球帶動三個滾軸轉(zhuǎn)動，X軸方向和Y軸方向滾軸又各帶動一個轉(zhuǎn)軸（稱為譯碼輪）轉(zhuǎn)動。譯碼輪(見圖1)的兩側(cè)分別裝有紅外發(fā)光二極管和光敏傳感器，組成光電耦合器。光敏傳感器內(nèi)部沿垂直方向排列有兩個光敏晶體管A和B，如圖2所示。由于譯碼輪有間隙，故當(dāng)譯碼輪轉(zhuǎn)動時，紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線時而照在光敏傳感器上，時而被阻斷，從而使光敏傳感器輸出脈沖信號。光敏

8、晶體管A和B被安放的位置使得其光照和阻斷的時間有差異，從而產(chǎn)生的脈沖A和脈沖B有一定的相位差，利用這種方法，就能測出鼠標(biāo)器的拖動方向 。 照相機中的紅外線傳感器――夜視功能：紅外夜視，就是在夜視狀態(tài)下，數(shù)碼攝像機會發(fā)出人們?nèi)庋劭床坏降募t外光線去照亮被拍攝的物體，關(guān)掉紅外濾光鏡，不再阻擋紅外線進入CCD，紅外線經(jīng)物體反射后進入鏡頭進行成像，這時我們所看到的是由紅外線反射所成的影像，而不是可見光反射所成的影像，即此時可拍攝到黑暗環(huán)境下肉眼看不到的影像。 索尼數(shù)碼攝像機首創(chuàng)了紅外線夜視攝影功能，能夠在全黑環(huán)境下進行拍攝，甚至連肉眼也不能分辨清楚的物體，現(xiàn)在也可以清晰地拍攝下來。這種夜視的特點是

9、可以在完全沒有光線的條件下進行拍攝，但由于采用的是紅外攝影，無法進行彩色的還原，所以拍攝出來的畫面是單色的，影像會變綠。不久之后，索尼又推出了擁有超級紅外線夜視攝功能的數(shù)碼攝像機，紅外線功能的慢速快門為2段選擇，超級紅外線夜攝功能的慢速快門為自動調(diào)節(jié)，可以獲得更好的影像效果。舉一個大家都見過的例子，在美國空襲伊拉克時，伊拉克首都大部分地區(qū)都處于停電狀態(tài)，這時除了防空曳光彈和導(dǎo)彈爆炸引起的火光以外就只有月光或星光照明了，能見度極差。我們在電視新聞上看到的從現(xiàn)場傳回來的錄像片的畫面都呈現(xiàn)綠色，說明電視記者在拍攝時使用了紅外線夜視儀，導(dǎo)致影像是綠色的，如果不使用紅外攝像技術(shù)，那么我們從電視畫面上將只

10、能聽到聲音，而看不到任何影響了。 需要注意的：因為紅外線夜視攝影儀的前提是數(shù)碼攝像機能發(fā)出人們?nèi)庋劭床坏降募t外光線去照亮被拍攝的物體，所以說它的拍攝距離是有一定限制的，如果攝像機發(fā)出的紅外線到達不了要拍攝的物體，那么當(dāng)然就什么也拍不到了 。 紅外線傳感器在工程上的應(yīng)用―――紅外線軸套掃描器 ：ROTA-SONDE TS 2006 通過光機系統(tǒng)掃描視場，并且無需任何光學(xué)調(diào)整。它精確測量線材、棒材等生產(chǎn)線的活套大小，甚至對特殊鋼或有色金屬以及在水汽、煙霧嚴(yán)重的情況下也能可靠工作。 DELTA 的紅外傳感器TS2006 可用于活套控制、熱帶材或熱板材的對中控制以及在其它很廣的應(yīng)用中提供位置信息

11、。 優(yōu)缺點： 優(yōu)點：本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價格低廉。 缺點：容易受各種熱源、光源干擾 .被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。 產(chǎn)品分類介紹： 雙元探測器： 雙元探測器包含兩個單元，它們對共同的FET輸出是反極性連接的。 型號：Lhi954、Lhi968、Lhi778、Lhi958、Lhi874、Lhi878 四元探測器：四元探測器包含四個單元，兩個輸出，這兩個獨立的通道使信號的處理避免錯誤報警 型號：Lhi1448、Lhi1548、Lhi1148 天花

12、板安裝類型：這類探測器具備獨特的結(jié)構(gòu)適合天花板安裝設(shè)計，它們包含兩個或者四個不同的單元，同一個FET輸出通道。 型號：Lhi906、Lhi1128 單元探測器：這類帶FET輸出的探測器，具有不同的尺寸，自帶熱補償，專門的窄帶紅外濾波窗口 型號：Lhi807、Lhi807TC、PYS4198、PYS4198TC、PYS3151TC 雙通道探測器：這些特殊的設(shè)計包含兩個單元探測器，TO-5封裝。每個單元探測器具備獨立的濾波器合輸出通道，各種窄帶濾波器可以選擇。 型號：Lhi814G1/G20、Lhi814G2/G20 12.3.2、實驗原理圖：

13、 12.3.3、實驗步驟： 熱釋電紅外傳感器實驗電路圖如圖12——1所示，R1為傳感器負載電阻， 傳感器輸出信號經(jīng)過C2耦合到運算放大電路IC1，其增益取決于R2和R3 的比值，這里約27倍。經(jīng)IC1放大的信號經(jīng)過電容C4耦合到放大器IC2， 其增益為110~10倍之間可變。IC3為電壓比較器，平時輸出低電平故D1燈 不亮，F(xiàn)M1蜂鳴器不響，當(dāng)有人走動時，紅外傳感器信號增大，比較器翻轉(zhuǎn) 輸出為高電平D1燈亮，F(xiàn)M1蜂鳴器響起來。 接通12號模塊±12V電源，手逐漸靠近熱釋電紅外傳感器，D1燈會亮起 來，同時蜂鳴器會響起來。 調(diào)節(jié)W1可改變IC2放

14、大器的倍數(shù)，W2可調(diào)節(jié)比較器的倍數(shù)的閥值電壓， 這樣可改變熱釋電紅外傳感器的靈敏度，故改變了動作距離。 12.4實驗結(jié)果與討論 12.4.1、詳細記錄實驗結(jié)果。 在將模塊與試驗臺接通后，打開電源開關(guān)，之后手靠近熱釋電紅外傳感器，達到某個距離時，實驗?zāi)K便會發(fā)出蜂鳴聲，然后手逐漸遠離實驗?zāi)K，又在某個一定距離實驗?zāi)K的蜂鳴器便停止了蜂鳴聲。 實驗?zāi)K上有一個增益調(diào)節(jié)W1和一個靈敏度調(diào)節(jié)W2。調(diào)節(jié)這兩個旋鈕分別可以調(diào)節(jié)熱釋電紅外傳感器的感應(yīng)距離和蜂鳴器的鳴叫頻率。 12.4.2、簡要分析實驗中出現(xiàn)的問題及處理方法。 在做實驗時有時在沒有用手靠近時實驗?zāi)K上的蜂鳴器也會鳴叫。原因

15、是由于實驗?zāi)K處于好幾人當(dāng)中當(dāng)有人走動或做出些其他動作時，恰好進入了實驗?zāi)K上的熱釋電紅外傳感器的感應(yīng)距離，由此導(dǎo)致了蜂鳴器的鳴叫。還有從網(wǎng)上找到了另外一種可能，由于手觸碰了電路部分也有可能導(dǎo)致蜂鳴器的鳴叫。 調(diào)試時人體盡量遠離感應(yīng)區(qū)域，有時雖然人體不在模塊的正前方，但是人體離模塊太近時模塊也能感應(yīng)到造成一直有輸出，還有調(diào)試時人體不要觸摸電路部分也會影響模塊工作，比較科學(xué)的辦法是將輸出端接一個LED或者是萬用表，把模塊用報紙蓋住，人離開這個房間，等2分鐘后看看模塊是否還是一直有輸出。在工作在室內(nèi)并且工作環(huán)境應(yīng)該避免陽光、強烈燈光直接照射，如果工作環(huán)境有強大的射頻干擾，可以采用屏蔽措施。若遇有

16、強烈氣流干擾，關(guān)閉門窗或阻止對流。感應(yīng)區(qū)盡量避免正對著發(fā)熱電器和物體以及容易被風(fēng)吹動的雜物和衣物。 12.4.5、其他實驗體會 1：思考題：如何在這個電路基礎(chǔ)上制作一個防盜報警器。 被動式紅外報警器的結(jié)構(gòu)原理:被動式紅外報警器主要由光學(xué)系統(tǒng)、熱釋電紅外傳感器、信號濾波和放大、信號處理和報警電路等幾部分組成。其結(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元上，同時也產(chǎn)生交替變化的紅外輻射高靈敏區(qū)和盲區(qū)，以適應(yīng)熱釋電探測元要求信號不斷變化的特性；熱釋電紅外傳感器是報警器設(shè)計中的核心器件，它可以把人體的紅外信號轉(zhuǎn)換為電信號以供信號處理部分使用；信號處

17、理主要是把傳感器輸出的微弱電信號進行放大、濾波、延遲、比較，為報警功能的實現(xiàn)打下基礎(chǔ)。圖3所示的是將待測目標(biāo)、菲涅爾透鏡、熱釋電紅外傳感器相結(jié)合使用時的工作原理示意圖。 工作原理:在該探測技術(shù)中，所謂“被動”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完成探測目的。被動紅外報警器的特點是能夠響應(yīng)入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動時所引起的紅外輻射變化，并能使監(jiān)控報警器產(chǎn)生報警信號，從而完成報警功能。 當(dāng)人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器的探測元上時，電路中的傳感器將輸出電壓信號，然后使該信號先通過一個由C1、C2、R1、R2組成的帶通濾波器，該濾波器的上限

18、截止頻率為16Hz，下限截止頻率為0．16Hz。由于熱釋電紅外傳感器輸出的探測信號電壓十分微弱（通常僅有1mV左右），而且是一個變化的信號，同時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速度決定，通常為0．1～10Hz左右），所以應(yīng)對熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號進行放大。本設(shè)計運用集成運算放大器LM324來進行兩級放大，以使其獲得足夠的增益。 當(dāng)傳感器探測到人體輻射的紅外線信號并經(jīng)放大后送給窗口比較器時，若信號幅度超過窗口比較器的上下限，系統(tǒng)將輸出高電平信號；無異常情況時則輸出低電平信號。在該比較器中，R9、R10、R11用做參考電壓，兩個運算放大器用做比較，

19、兩個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。將這個高低電平變化的信號 上升沿信號 作為單穩(wěn)電路HEF4538B的觸發(fā)信號，并讓其輸出一個脈寬大約為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，來使電路產(chǎn)生10s的報警信號，最后用三極管VT1和VT2再一次對電信號進行放大，以便有足夠大的電流來驅(qū)動喇叭使其連續(xù)發(fā)出10s的報警聲。 2：這次實驗（熱釋電紅外傳感器實驗）我們對熱釋電紅外傳感器有了一定的了解，知道了在實驗中要注意什么，去關(guān)注什么，實驗中的失誤去了解原因，去解決，這些過程中是我們進步不少。 通過這次試驗我們也知道熱釋電紅外傳感器正在被廣泛的應(yīng)用到各種自動化控制裝置中。除了在我們熟知的樓道自動開關(guān)、防盜報警上得到應(yīng)用外，在更多的領(lǐng)域應(yīng)用前景看好。比如：在房間無人時會自動停機的空調(diào)機、飲水機。電視機能判斷無人觀看或觀眾已經(jīng)睡覺后自動關(guān)機的機構(gòu)。開啟監(jiān)視器或自動門鈴上的應(yīng)用。結(jié)合攝影機或數(shù)碼照相機自動記錄動物或人的活動等等……。可以根據(jù)自己的奇思妙想，結(jié)合其它電路開發(fā)出更加優(yōu)秀的新產(chǎn)品，或自動化控制裝置。