基于熱釋電傳感器的位置相關(guān)算法研究

1熱釋電傳感器及其探測原理

1．1PIR（Pyroelectric infrared Sensor）簡介

熱釋電傳感器是一種新型被動(dòng)紅外探測元件,由鐵電介質(zhì)材料制成，輻射加熱作用使材料自發(fā)極化強(qiáng)度變化。溫度升高，極化強(qiáng)度降低，相當(dāng)于釋放出一部分電荷。制備熱釋電傳感器的鐵電材料有：硫酸三甘肽（TGS）、鈮酸鍶鋇（SBN）和鈦酸鉛（PbTiO3）等。熱釋電傳感器內(nèi)有兩個(gè)關(guān)鍵性的元件：（1）熱釋電紅外感應(yīng)單元(PIR Unit)，能將波長為8～12μm之間的紅外信號(hào)變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并能對(duì)自然界中的白光信號(hào)具有抑制作用。（2）菲涅爾透鏡組（Fresnel Lens Array），是由若干個(gè)Fresnel Lens組成。菲涅爾透鏡包括兩種形式，即折射式和反射式，有兩個(gè)作用:①聚焦作用，將熱釋的紅外信號(hào)折射（或反射）在PIR上；②通過區(qū)域性遮斷技術(shù)將警戒區(qū)內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入警戒區(qū)的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋電紅外信號(hào)，這樣PIR就能產(chǎn)生變化的電信號(hào)。

1．2探測原理［1］

熱釋電傳感器是利用目標(biāo)物體所發(fā)出的紅外輻射信號(hào)實(shí)現(xiàn)被動(dòng)探測的，目標(biāo)物體輻射能量的大小與物體絕對(duì)溫度有關(guān)，其關(guān)系遵循普朗克定律，關(guān)系式為：
Wλ=2πhc2［λ5(ehc/kT-1)］-1（1）
式中 h為plank常數(shù)(6.626×10-34Js)；c為光速(2.9979×108m/s)；T為絕對(duì)黑體的溫度(K)；λ為波長；K為Bolzman常數(shù)(1.38110-21J/K)。Wλ為絕對(duì)黑體的光譜輻射發(fā)射量，由（1）式，可知：

（1）目標(biāo)物體的輻射能量隨溫度的升高而增大；
（2）隨著溫度的升高，物體輻射能量的峰值向短波方向移動(dòng)，其變化符合維恩定律，即：λpT=2897.8,λp為峰值時(shí)紅外線波長；
（3）相同溫度下，不同目標(biāo)物體的輻射能量是不同的。

1．3信號(hào)調(diào)理電路

由于熱釋電傳感器輸出信號(hào)頻率和幅度比較低，易受外界環(huán)境的影響產(chǎn)生干擾，除了設(shè)置抗干擾電路外，選用放大器時(shí)應(yīng)選低噪聲、低漂移、低功耗、具有溫度補(bǔ)償?shù)母咴鲆婢苓\(yùn)算放大器，實(shí)際電路見圖1。

圖1熱釋電傳感器與信號(hào)調(diào)理電路實(shí)際連接圖