专利名称：主动式热释电红外传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种红外传感器，特别涉及一种主动式热释电红外传感器。
背景技术：
现有的热释电红外传感器由于其结构和工作原理的原因，只能检测到移动的人体红外辐射，为了能够检测静止人体红外辐射，设计人员在此基础上使用电机作为动力源，采用了各种调制方式，但所用的调制方式均存在体积大、噪声大、成本高、维护复杂、寿命短及耗能高的致命缺点，使它们的应用受到限制。目前存在的热释电红外传感器虽然为检测运动人体的红外辐射提供了较好的解决途径，但 对能够检测静止人体辐射的主动式热释电红外传感器却没有提供很好的技术解决方案，一直没有得到实用。

发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种使用寿命长、功耗极低、体积小、响应快、成本低、维护方便、工作稳定可靠、使用灵活、能够检测动静态人体的主动式热释电红外传感器。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种主动式热释电红外传感器，包括热释电红外传感器探头，热释电红外传感器探头上端设置热释电红外传感器探头窗口，其特征在于热释电红外传感器探头安装在基板上，基板上设置有小孔，基板的下面安装有支架，压电驱动片穿过小孔，压电驱动片下端固定在支架上，压电驱动片上端固定调制片，调制片设置在热释电红外传感器探头窗口上部，基板上设置半球形菲涅尔透镜，菲涅尔透镜与基板构成一个封闭体，热释电红外传感器探头下端设有热释电红外传感器探头电极，压电驱动片通过压电驱动片电极引线连接压电驱动片电极；所述的热释电红外传感器探头通过热释电红外传感器探头电极连接信号放大检测电路，信号放大检测电路输出端连接驱动电路，驱动电路输出端连接压电驱动电路，信号放大检测电路输出端还连接振荡电路，振荡电路输出端连接压电驱动电路，压电驱动电路输出端连接调制器，调制器与入射人体红外辐射相对应，驱动电路连接受控负载；所述的压电驱动片通过压电驱动片电极连接压电驱动电路。调制片为一种红外线遮挡片，调制片宜选用比辐射率较低的材料，以免调制片自身的热辐射产生不必要的干扰。调制片在压电驱动片的带动下往复运动，轮流周期性的遮挡热释电红外探头的两个敏感元件，热释电红外探头采用普通热释电红外传感器，压电驱动片采用压电横效应的压电双晶片或单晶片，优选压电双晶片，驱动灵敏度高，压电驱动片电极引线导电性和柔韧性好，引线和压电驱动片的连接靠近压电驱动片的下部，运动量小，相互间的影响较小，菲涅尔透镜可以在热释电红外探头上形成可见区和盲区，还有聚焦作用，扩大了探测范围，与基板共同组成一个封闭体，使内部元件不受外界的干扰，支架的刚度强，不易变形，固定支撑压电驱动片，工作时，支架固定不动，压电驱动片的安装调制片端作往复运动。热释电红外探头接收到人体红外辐射输出信号，信号进入输入放大检测电路进行放大和检测，根据设定的延时时间和工作方式输出两路信号，一路输入驱动电路，一路输入振荡电路，集成电路的输出延时时间计算公式为TX=49152R13C13主动工作方式以2秒左右为宜，触发封锁时间为Ti=24R14C14振荡电路选用NE555P，在设计时压电驱动片可等效为一电容，由于充电放电回路时间常数有较大的不同，所以该振荡电路的输出信号占空比不可采用1:2，振荡频率根据选用的热释电红外探头的低频响应和设定的输出延迟时间确定，计算公式如下所示TffH=O. 7 (R16+R17)C15TffL=O. 7R17C15 其中，TffH为输出高电平时间，TffL为输出低电平时间。所述的压电驱动电路包括整流二极管D1-D4，电容Cl、电容C2，电阻R1-R6，开关管Ql，压电驱动片JZ，整流二极管连接在火线和零线两端，电容Cl、电容C2两端连接整流二极管两端，电阻R1-R3串联后支路与电阻R4、开关管Q1、电阻R5、电阻R6串联后支路并联接在电容C2的两端，压电驱动片JZ —端连接电阻Rl和电阻R2的公共端，另一端连接开关管Ql和电阻R5的公共端。220V市电通过二极管进行整流，经电容C1、C2滤波后产生近300V的支流电压，R4为限流电阻，防止任何情况下开关管Ql过流损坏，压电驱动片JZ支路不设置任何开关，以免记忆效应影响系统正常工作。所述的信号放大检测电路采用BISS0001或0T0001信号处理集成电路U4，热释电红外传感器探头电极的S极连接信号处理集成电路U4的14脚，信号处理集成电路U4的2脚连接控制驱动电路和工作方式设定开关SA4，热释电红外传感器探头电极的D极连接信号处理集成电路U4的9脚，热释电红外传感器探头电极的G极接地，S极和G极之间连接电容C8和电阻R7，电容C8和电阻R7并联，信号处理集成电路U4的16脚依次串联电容C9、电阻R9和电阻RlO后连接12脚，13脚连接电阻R9和电阻RlO的公共端，电容ClO连接在电阻RlO的两端，15脚通过电阻Rll连接到16脚，电阻Rll两端连接电容Cll，15脚串联R12和电容C12后接地，6脚和3脚分别串联电阻R14、电容C14和电阻R13、电容C13后接地，5脚连接电容C14后接地，7脚接地，4脚连接电容C13和电阻R13，I脚和8脚连接工作方式设定开关SA3，11脚和8脚一路连接工作方式设定开关SA4，另一路通过电阻R15和D8接入振荡电路集成定时器的3脚，11脚和8脚通过电容C17接地，11脚和8脚连接三端集成稳压管U3。采用的BISS0001或0T0001信号处理集成电路具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号处理，可有效抑制干扰，内设延迟时间定时器和封锁时间定时器，结构新颖，稳定可靠，调节范围宽。所述的振荡电路采用NE555P，包括555集成定时器U5、电阻R16和电阻R17，电容C15和电容C16，555集成定时器U5的5脚串联电容C16和电容C15后连接6脚，8脚串联电阻R16和电阻R17后连接6脚，7脚连接电阻R16和电阻R17的公共端，2脚连接电容C15和6脚的公共端，I脚接地，8脚连接信号处理集成电路U4的8脚和11脚，4脚连接工作方式设定开关SA4，3脚连接开关管Ql的栅极。采用NE555P振荡电路结构简单、扩展方便，灵活易变，使用时只需要配制适当的阻容元件和接线即可。所述的控制驱动电路包括电阻R18-R21，三极管Q2、三极管Q3，发光二极管D9，二极管D7和继电器KA，信号处理集成电路U4的2脚通过电阻R19连接三极管Q2的基极，Q2的集电极通过电阻R18连接工作方式设定开关SA4，三极管Q2发射极连接三极管Q3的基极，三极管Q3的基极通过电阻R20接地，三极管Q3发射极接地，集电极连接发光二极管D9和电阻R21，二极管D7和继电器KA分别并联在电阻D9和电阻R21两端，电阻R21、二极管D7和继电器KA的公共端连接三端集成稳压电路U2。控制驱动电路带动负载工作和驱动调制器工作，驱动的灵敏度高，发光二极管指示电路工作状态。所述的三端集成稳压电路U2的输入端端连接整流桥堆Ul，整流桥堆Ul通过变压器T连接220V市电，三端集成稳压电路U2的输出端连接三端集成稳压电路U3。三端集成稳压电路U2和三端集成稳压电路U3为78M12 和78L05三端集成稳压管，损耗相对较少，节约电量。本发明主动式热释电红外传感器所具有的有益效果是所述主动式热释电红外传感器的调制器采用压电驱动片作为动力源，将压电驱动片的一端固定，另一端处于自由状态且安装有调制片，调制片安装在热释电红外传感器探头窗口上方，在压电驱动片上通上低频交流电压，则压电驱动片作往复弯曲运动，此时调制片在压电驱动片的带动下作往复运动，从而对射入热释电红外传感器探头窗口的红外辐射进行斩波调制。所述的热释电红外传感器没有任何摩擦组件，可做到免维护，使用寿命很长，压电驱动片为电压驱动，具有功耗极低，小型轻量，响应快，寿命长成本低的优点，而调制片可采用纸质、塑料等能遮挡人体辐射红外线的薄片制成，成本很低，整体一系列性能指标完全满足实用要求，压电驱动片的驱动电路极其简单，将市电交流220V电压直接整流滤波，然后仅用单只开关管完成直流到交流(DC-AC)的逆变转换，电阻R4为限流电阻，防止电路故障使流过开关管Tl的电流过大而烧毁，采用简单的电路和结构非常少的电路元件完成了它的功能，制作电路的成本很低，工作稳定可靠，并且功耗很低，特别是待机时停止供电，其功耗为零，适当的保护措施使电路的寿命得以延长。


图I为本发明的原理方框图；图2为本发明的结构示意图；图3为本发明的电气原理图；图4-图7为本发明的调制片运动方向示意图；其中1(JZ)、压电驱动片2、压电驱动片电极引线3、压电驱动片电极4、支架5、热释电红外传感器探头电极6、热释电红外传感器探头7、基板8、菲涅尔透镜9、调制片10、小孔11、热释电红外探头窗口 12、热释电红外探头敏感元件R1-R20、电阻C1-C16、电容D1-D7、二极管D8-D9、发光二极管U1、整流桥堆U2-U3、三端集成稳压管电路U4、信号处理集成电路U5、555集成定时器SA1-SA4、工作方式设定开关Q1、开关管Q2-Q3、三极管KA、继电器T、变压器。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述如图1-7所示，主动式热释电红外传感器，包括热释电红外传感器探头6，热释电红外传感器探头6上端设置热释电红外传感器探头窗口 11，热释电红外传感器探头6安装在基板7上，基板7上设置有小孔10，基板7的下面安装有支架4，压电驱动片I穿过小孔10，压电驱动片I下端固定在支架4上，压电驱动片I上端固定调制片9，调制片9设置在热释电红外传感器探头窗口 11上部，基板上设置半球形菲涅尔透镜8，菲涅尔透镜8与基板7构成一个封闭体，热释电红外传感器探头6下端设有热释电红外传感器探头电极5，压电驱动片I通过压电驱动片电极引线2连接压电驱动片电极3 ；所述的热释电红外传感器探头6通过热释电红外传感器探头电极5连接信号放大检测电路，信号放大检测电路输出端连接驱动电路，驱动电路输出端连接压电驱动电路，信号放大检测电路输出端还连接振荡电路，振荡电路输出端连接压电驱动电路，压电驱动电路输出端连接调制器，调制器与入射人体红外辐射相对应，驱动电路连接受控负载；所述的压电驱动片I通过压电驱动片电极3连接压电驱动电路。如图3所示，所述的压电驱动电路包括整流二极管D1-D4，电容Cl、电容C2，电阻 R1-R6，开关管Ql，压电驱动片JZ，整流二极管连接在火线和零线两端，电容Cl、电容C2两端连接整流二极管两端，电阻R1-R3串联后支路与电阻R4、开关管Ql、电阻R5、电阻R6串联后支路并联接在电容C2的两端，压电驱动片JZ —端连接电阻Rl和电阻R2的公共端，另一端连接开关管Ql和电阻R5的公共端。所述的信号放大检测电路采用BISS0001或0T0001信号处理集成电路U4，热释电红外传感器探头电极5的S极连接信号处理集成电路U4的14脚，信号处理集成电路U4的2脚连接控制驱动电路和工作方式设定开关SA4，热释电红外传感器探头电极5的D极连接信号处理集成电路U4的9脚，热释电红外传感器探头电极5的G极接地，S极和G极之间连接电容C8和电阻R7，电容C8和电阻R7并联，信号处理集成电路U4的16脚依次串联电容C9、电阻R9和电阻RlO后连接12脚，13脚连接电阻R9和电阻RlO的公共端，电容ClO连接在电阻RlO的两端，15脚通过电阻Rll连接到16脚，电阻Rll两端连接电容Cll，15脚串联R12和电容C12后接地，6脚和3脚分别串联电阻R14、电容C14和电阻R13、电容C13后接地，5脚连接电容C14后接地，7脚接地，4脚连接电容C13和电阻R13，I脚和8脚连接工作方式设定开关SA3，11脚和8脚一路连接工作方式设定开关SA4，另一路通过电阻R15和D8接入振荡电路集成定时器的3脚，11脚和8脚通过电容C17接地，11脚和8脚连接三端集成稳压管U3。所述的振荡电路采用NE555P，包括555集成定时器U5、电阻R16和电阻R17，电容C15和电容C16，555集成定时器的5脚串联电容C16和电容C15后连接6脚，8脚串联电阻R16和电阻R17后连接6脚，7脚连接电阻R16和电阻R17的公共端，2脚连接电容C15和6脚的公共端，I脚接地，8脚连接信号处理集成电路U4的8脚和11脚，4脚连接工作方式设定开关SA4，3脚连接开关管Ql的栅极。所述的控制驱动电路包括电阻R18-R21，三极管Q2、三极管Q3，发光二极管D9，二极管D7和继电器KA，信号处理集成电路U4的2脚通过电阻R19连接三极管Q2的基极，Q2的集电极通过电阻R18连接工作方式设定开关SA4，三极管Q2发射极连接三极管Q3的基极，三极管Q3的基极通过电阻R20接地，三极管Q3发射极接地，集电极连接发光二极管D9和电阻R21，二极管D7和继电器KA分别并联在电阻D9和电阻R21两端，电阻R21、二极管D7和继电器KA的公共端连接三端集成稳压电路U2。
所述的三端集成稳压电路U2的输入端端连接整流桥堆Ul，整流桥堆通过变压器T连接220V市电，三端集成稳压电路U2的输出端连接三端集成稳压电路U3。工作原理和使用过程由于热释电红外传感器探头只有在变化输入人体红外辐射的作用下才能产生输出信号，而人体的红外辐射是稳定不变的，所以这样的热释电红外传感器只能对相对运动的人体的红外辐射响应，对静止的人体无效，要对静止的人体红外辐射有响应，必须采用某持续变化量，对静止的人体红外辐射进行调制,使入射的人体红外辐射处于变化之中,这样热释电红外传感器才能持续输出信号。本发明采用压电驱动片作为动力驱动元件，使用调制片周期地轮流遮挡敏感元件的斩波调制方案，使热释电红外探头周期的输出信号，达到检测的目的。如图4-7所示，压电驱动片有两种安装位置，调制片有两种形状，有4种组合方式。热释电红外探头接收到人体红外辐射并输出信号，该信号输入放大检测电路，放大检测电路根据设定的延时时间和工作方式输出两路信号一路输入驱动电路，驱动电路 带动负载工作；另一路启动振荡电路，振荡电路根据设定的工作方式产生周期自激振荡信号，控制调制驱动电路驱动调制器工作，调制器对入射的红外辐射进行调制，使热释电红外探头周期的输出信号，达到动、静态人体检测的目的。220V市电由二极管桥式整流，经电容Cl、电容C2滤波产生近300V直流电压，当开关管Ql导通时，电压经电阻R4、开关管Q1、压电驱动片JZ、电阻R2、电阻R3回路施加于压电驱动片JZ，此时压电驱动片JZ向一侧偏移，当开关管Ql关断时，电压通过电阻R1、压电驱动片JZ、电阻R5、电阻R6回路反向施加于压电驱动片JZ，压电驱动片JZ向反方向偏移，当切断回路供电电源时，则压电驱动片JZ通过回路电阻网络迅速放电，回到初始中间位置。电阻R4为限流电阻，防止任何情况下开关管Ql过流损坏，对正常工作无影响。压电驱动片JZ支路不可设置任何开关，以免其记忆效应影响系统正常工作。使用时，图中各工作方式设定开关处于图示位置，且工作方式设定开关SAl关闭时，则电路处于被动启动、主动监测的工作方式，当有活动人体进入检测范围时，热释电红外探头JZ输出信号至信号处理集成电路U4的14脚，该信号处理集成电路U4的2脚输出高电平信号，控制驱动电路使继电器KA吸合，此时压电驱动电路接通电源，同时555集成定时器U5组成的振荡电路因4脚接受高电平也开始振荡，该振荡信号由555集成定时器U5的3脚输出至压电驱动电路的开关管Ql的栅极，使其周期地导通/关断，使压电驱动片JZ接受交流电压而作往复运动，对输入的红外辐射进行调制，此时即使人体处于静止不动状态，热释电红外探头仍有信号输出，达到主动监测的目的。当人体离开后，由于热释电红外探头没有接收到红外辐射，则无信号输出，信号处理集成电路U4将在设定的输出延迟时间到达后由2脚输出低电平，继电器KA失电停止工作，使受控负载和压电驱动电路失去电源而停止工作，555集成定时器U5的4脚接受低电平而停止振荡，由3脚输出低电平，整个电路处于待机状态。 若工作方式设定开关SAl、SA2关闭，工作方式设定开关SA4拨向接高电平位置，则压电驱动片JZ处于工作状态，整个电路处于纯主动工作方式。若工作方式设定开关SAl打开，工作方式设定开关SA3拨向接地位置，则电路处于纯被动工作方式。
权利要求
1.一种主动式热释电红外传感器，包括热释电红外传感器探头(6)，热释电红外传感器探头(6)上端设置热释电红外传感器探头窗口(11)，其特征在于热释电红外传感器探头(6)安装在基板(7)上，基板(7)上设置有小孔(10)，基板(7)的下面安装有支架(4)，压电驱动片(I)穿过小孔(10)，压电驱动片(I)下端固定在支架(4)上，压电驱动片(I)上端固定调制片(9)，调制片(9)设置在热释电红外传感器探头窗口(11)上部，基板上设置半球形菲涅尔透镜(8)，菲涅尔透镜(8)与基板(7)构成一个封闭体，热释电红外传感器探头(6)下端设有热释电红外传感器探头电极(5 )，压电驱动片(I)通过压电驱动片电极引线(2 )连接压电驱动片电极(3); 所述的热释电红外传感器探头(6 )通过热释电红外传感器探头电极(5 )连接信号放大检测电路，信号放大检测电路输出端连接驱动电路，驱动电路输出端连接压电驱动电路，信号放大检测电路输出端还连接振荡电路，振荡电路输出端连接压电驱动电路，压电驱动电路输出端连接调制器，调制器与入射人体红外辐射相对应，驱动电路连接受控负载； 所述的压电驱动片(I)通过压电驱动片电极(3)连接压电驱动电路。
2.根据权利要求I所述的主动式热释电红外传感器，其特征在于所述的压电驱动电路包括整流二极管D1-D4，电容Cl、电容C2，电阻R1-R6，开关管Q1，压电驱动片JZ，整流二极管连接在火线和零线两端，电容Cl、电容C2两端连接整流二极管两端，电阻R1-R3串联后支路与电阻R4、开关管Q1、电阻R5、电阻R6串联后支路并联接在电容C2的两端，压电驱动片JZ-端连接电阻Rl和电阻R2的公共端，另一端连接开关管Ql和电阻R5的公共端。
3.根据权利要求I所述的主动式热释电红外传感器，其特征在于所述的信号放大检测电路采用BISS0001或0T0001信号处理集成电路U4，热释电红外传感器探头电极(5)的S极连接信号处理集成电路U4的14脚，信号处理集成电路U4的2脚连接控制驱动电路和工作方式设定开关SA4，热释电红外传感器探头电极(5 )的D极连接信号处理集成电路U4的9脚，热释电红外传感器探头电极(5)的G极接地，S极和G极之间连接电容C8和电阻R7，电容C8和电阻R7并联，信号处理集成电路U4的16脚依次串联电容C9、电阻R9和电阻RlO后连接12脚，13脚连接电阻R9和电阻RlO的公共端，电容ClO连接在电阻RlO的两端，15脚通过电阻Rll连接到16脚，电阻Rll两端连接电容Cl I，15脚串联R12和电容C12后接地，6脚和3脚分别串联电阻R14、电容C14和电阻R13、电容C13后接地，5脚连接电容C14后接地，7脚接地，4脚连接电容C13和电阻R13，I脚和8脚连接工作方式设定开关SA3，11脚和8脚一路连接工作方式设定开关SA4，另一路通过电阻R15和D8接入振荡电路555集成定时器U5的3脚，11脚和8脚通过电容C17接地，11脚和8脚连接三端集成稳压管U3。
4.根据权利要求I所述的主动式热释电红外传感器，其特征在于所述的振荡电路采用NE555P，包括555集成定时器U5、电阻R16和电阻R17，电容C15和电容C16，555集成定时器U5的5脚串联电容C16和电容C15后连接6脚，8脚串联电阻R16和电阻R17后连接6脚，7脚连接电阻R16和电阻Rl7的公共端，2脚连接电容C15和6脚的公共端，I脚接地，8脚连接信号处理集成电路U4的8脚和11脚，4脚连接工作方式设定开关SA4，3脚连接开关管Ql的栅极。
5.根据权利要求I所述的主动式热释电红外传感器，其特征在于所述的控制驱动电路包括电阻R18-R21，三极管Q2、三极管Q3，发光二极管D9，二极管D7和继电器KA，信号处理集成电路U4的2脚通过电阻R19连接三极管Q2的基极，Q2的集电极通过电阻R18连接工作方式设定开关SA4，三极管Q2发射极连接三极管Q3的基极，三极管Q3的基极通过电阻R20接地，三极管Q3发射极接地，集电极连接发光二极管D9和电阻R21，二极管D7和继电器KA分别并联在电阻D9和电阻R21两端，电阻R21、二极管D7和继电器KA的公共端连接三端集成稳压电路U2。
6.根据权利要求5所述的主动式热释电红外传感器，其特征在于所述的三端集成稳压电路U2的输入端端连接整流桥堆Ul，整流桥堆通过变压器T连接220V市电，三端集成稳压电路U2的输出端连接三端集成稳压电路U3。
全文摘要
一种红外传感器，特别涉及一种主动式热释电红外传感器，包括热释电红外传感器探头(6)，热释电红外传感器探头上端设置热释电红外传感器探头窗口(11)，其特征在于热释电红外传感器探头窗口上部设置有调制片(9)，调制片固定在压电驱动片(1)上端，压电驱动片下端穿过小孔固定在基板下方的支架上，热释电红外传感器探头接入信号放大检测电路，信号放大检测电路输出端连接驱动电路，驱动电路输出端连接压电驱动电路，信号放大检测电路输出端还连接振荡电路，振荡电路输出端连接压电驱动电路，压电驱动电路输出端连接调制器，调制器与入射人体红外辐射相对应。本发明使用寿命长、功耗极低、成本低、工作稳定可靠，能够检测动静态人体。
文档编号G01J5/10GK102788646SQ20121031542
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年8月30日
发明者肖国选 申请人:肖国选