01、輸出信號特性及其噪聲分析

紅外熱釋電傳感器輸出電信號的幅度和頻率主要決定於目標人體的溫度、探測區域背景、人體與傳感器的距離、人體移動的速度
、光學透鏡係統的焦距和它的設計方式。人(ren)體(ti)溫(wen)度(du)和(he)探(tan)測(ce)區(qu)域(yu)背(bei)景(jing)的(de)溫(wen)差(cha)很(hen)大(da)，離(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)越(yue)近(jin)
，輸(shu)出(chu)電(dian)信(xin)號(hao)的(de)幅(fu)值(zhi)將(jiang)越(yue)大(da)。雙(shuang)敏(min)感(gan)元(yuan)熱(re)釋(shi)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)配(pei)合(he)菲(fei)涅(nie)爾(er)光(guang)學(xue)透(tou)鏡(jing)使(shi)用(yong)時(shi)
，輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)波(bo)形(xing)電(dian)壓(ya)峰(feng)峰(feng)值(zhi)約(yue)為(wei) 1 mV，頻率可由下列公式計算：

式中：

f是輸出信號頻率（Hz ）；

V b 是人體移動速度（m/s ）；

f b 是光學係統焦距 （mm）；

S 是傳感器敏感元的麵積（mm 2 ）

；

L 是人體離傳感器的距離 （m）。

對於雙敏感元傳感器，標準尺寸為2×1mm 2

，人體移動速度範圍為0.5～5m/s，常用探測器上使用的菲涅爾透鏡焦距為25mm
，由此我們可計算出傳感器輸出信號的頻率範圍為0.08～8Hz。由於傳感器輸出的信號非常微弱
，容易受到噪聲的幹擾，甚至有效信號被淹沒在噪聲中。研究發現傳感器上輸出信號的幹擾源主要來自傳感器的熱噪聲、固有噪聲、放大器的電壓和電流噪聲等。熱噪聲是由探測器材料中的電荷載流子的隨機熱運動而產生的。要減小熱噪聲帶來的影響


，應盡量縮短熱釋電傳感器和前置放大電路之間的距離
，減少外界熱幹擾

，並在前置放大電路中串入低通濾波電路，限製噪聲帶寬。傳感器的固有噪聲電壓峰峰值約為50μV
，室外熱空氣流動能夠產生接近250 μV的噪聲
，在室內也接近180μV。其他可能存在的幹擾
，如空間電磁波幹擾和機械振動等
，噪聲幅值接近100μV。三種噪聲疊加最大幅值接近300μV。

02
、熱釋電紅外傳感器前置放大電路的設計

根據紅外熱釋電傳感器輸出信號特性，前置放大電路信號處理要從多種噪聲幹擾中提取有用的微弱信號
，故前置放大電路應具有低噪聲、高增益、低頻特性好、抗幹擾能力強等特點。因此，通常由如圖所示的包括帶通濾波、兩級高增益放大、比較電路三個部分組成。

紅外探測前置放大電路

圖中熱釋電傳感器D端和5V電源間串聯10kΩ電阻，用於降低射頻幹擾，G端接地
，S端接47kΩ負載電阻，偏置電壓約為1V。

傳感器輸出直接耦合到低噪聲運放（LM324）構成的帶通濾波和第一級放大電路的反向輸入端，再由電阻R6 、電容C8耦合到第二級反向放大電路進行進一步濾波、放大。

上限截止頻率為：

下限截止頻率為：

電路增益與頻率有關，當輸入信號頻率為 1Hz時
，第一級放大增益約為：

第二級放大增益為：

計算得帶寬為15.83Hz，電路總增益為66dB。雙限電壓比較器由四運放 （LM324） 的另兩個放大器構成。從前文對噪聲分析可知，噪聲源最大幅值接近300 μV

，經兩級放大電路後，最大噪聲幅值達到600mV。第二級放大電路偏置在VCC/2
，即2.5V，因此

，雙限電壓比較器的高低閾值應設置為3.1V和1.9 V時才能有效抗噪聲幹擾，即當放大器輸出信號電平大於3.1V或者小於1.9 V時，比較器輸出高電平，表示探測到移動人體。

03、應用原理

wutishechudehongwaixianxiantongguofeinieertoujing，ranhoudaodareshidianhongwaitanceqi。zheshi，reshidianhongwaitanceqijiangshuchumaichongxinhao
，maichongxinhaojingfangdahelvbohou，youdianyabijiaoqijiangqiyujizhunzhijinxingbijiao
，dangshuchuxinhaodadaoyidingzhishi
，baojingdianlufachujingbao。