基于熱釋電傳感器的位置相關算法研究

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紅外探測元件,由鐵電介質材料制成，輻射加熱作用使材料自發極化強度變化。溫度升高，極化強度降低，相當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。熱釋電傳感器內有兩個關鍵性的元件：（1）熱釋電紅外感應單元(PIR Unit)，能將波長為8～12μm之間的紅外信號變化轉變為電信號，并能對自然界中的白光信號具有抑制作用。（2）菲涅爾透鏡組（Fresnel Lens Array），是由若干個Fresnel Lens組成。菲涅爾透鏡包括兩種形式，即折射式和反射式，有兩個作用:①聚焦作用，將熱釋的紅外信號折射（或反射）在PIR上；②通過區域性遮斷技術將警戒區內分為若干個明區和暗區，使進入警戒區的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產生變化熱釋電紅外信號，這樣PIR就能產生變化的電信號。

1．2探測原理［1］

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

（1）目標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，其變化符合維恩定律，即：λpT=2897.8,λp為峰值時紅外線波長；
（3）相同溫度下，不同目標物體的輻射能量是不同的。

1．3信號調理電路

由于熱釋電傳感器輸出信號頻率和幅度比較低，易受外界環境的影響產生干擾，除了設置抗干擾電路外，選用放大器時應選低噪聲、低漂移、低功耗、具有溫度補償的高增益精密運算放大器，實際電路見圖1。

圖1熱釋電傳感器與信號調理電路實際連接圖