浅谈热释电红外线传感器RE200B的应用

浅谈热释电红外线传感器RE200B的应用郑宏湛江财贸学校广东省湛江摘要：本文介绍红外线技术的发展，以及广泛应用于通讯、医疗、安保、探测等领域，以热释电红外线传感器RE200B为例，介绍其在报警电路中的作用。关键词：红外线技术；红外线传感器；菲涅尔透镜；报警电路Abstract：Thispaperpresentsthedevelopmentofinfraredraytechnologyandwidelybeusedintheregionofcommunication,medicalscience,defense,detectionetc.ThepaperpresentsoneoftheinfraredraysensorsRE200Bforexamplewhichplayaroleinthealarmsystem.Keywords:infraredraytechnology;infraredraysensor;Fresnellens;alarmsystem1引言红外线是一种光线，是太阳光线中众多不可见光线中的一种，具有普通光的性质，可以以光速直线传播。红外线由德国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射(Infraredradiation)。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为0.75～1.50μm之间；中红外线，波长为1.50～6.0μm之间；远红外线，波长为6.0～l000μm之间。随着科学技术的发展，红外线越来越广泛的应用于通讯、军事、航天、医疗、考古、天文、探测等科学领域，即使在日常生活和农业生产中也广泛应用到红外技术。如红外线取暖器、红外自动干手器、红外线报警器、远红外粮食烘干等。热释电红外线传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。本文以热释电红外线传感器RE200B为例，介绍它在报警电路中的应用。2电路组成框图该报警器主要由红外传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路、音响报警电路和显示电路等组成，如下图所示：3电路结构组成及原理分析3.1信号接收部分热释红外线传感器RE200B是接收人体发出红外线的核心元件，是整个电路的信号接收部分。该传感器放在不同的防范区域，一旦有人闯入防范区域，传感器输出感应到的信号，送入下一级电路。3.2信号放大电路及电压比较电路如图1所示。第一级主要由元件VT1、R2和R3组成单管共射放大电路。由RE200B输出的信号由电容C1耦合送到VT1的基极。第二级主要由元件IC2A、R4、R7、R8、C2、C3和C4组成高增益、低噪声的同相比例运算放大电路，该电路具有共模输入电压高、输入电阻高、输出电阻低的特点。电压比较电路主要由元件IC2B、R10、R11、R12、C5和VD1组成。3.3延时电路如图2所示。报警延时电路主要由元件LM393、R13、R14、R15、R16、C6和VD2组成。R15和R16为LM393提供基准电压。开机延时电路主要由元件VT3、R20、C8组成。红外线传感器信号放大电路电压比较器显示电路延时电路音响报警电路48231IC2ALM35856748IC2BLM358R21MR31KR44.7KR5100KR6100KR710KR8300KR9100KR1010KR1110KR12100KR13100KR14470KR15100KR16300KC147u/16VC247uC322u/16VC40.01C522u/16VC647u/16V48231IC3ALM393VT19014VD1IN4001VD2IN4001+12VR20560KC847u/16VVT38050VD4IN4001+12vR30R32由VT3、R20、C8组成开机延时电路，时间也约为1分钟，它的设置主要是防止使用者开机后立即报警，好让使用者有足够的时间离开监视现场，同时可防止停电后又来电时产生误报。3.4显示电路传感器送出的信号一路送入放大电路，另一路送到运算放大器进行放大，由放大器输出的信号经过限流电阻，足以驱动发光二极管发光。3.5电源部分如图3所示。220V市电经过变压器输出12V交流电压，经桥堆整流，再经C10滤波后送入三端稳压器7812的1脚，由3脚输出的12V直流电压再经C9滤波得到稳定的电压，只要开关S闭合，电源就可以为下级电路供电。由VD10、VD11和R21组成的充电电路是为了防止停电或人为破坏导致电路不工作而设置的。正常工作时，可充电池不工作，一旦电路断电，充电池工作，为下级电路提供稳定的12V直流电压。4核心元件介绍4.1热释红外线传感器RE200BRE200B采用TO-5封装形式如图4所示，正常工作直流电压3-10V；信号输出电压最小值2.5V，典型值4V；噪声输出电压最大250mV,典型值90mV，频率响应0.3Hz—3Hz，增益±10Bb。该传感器探测范围平视角138度，仰视角125度。如图5所示。在传感器前安装菲涅尔透镜可以增大探测范围，增强传感器工作的稳定性。此传感器工作在7—14um的红外光谱之间。正常工作周围环境温度范围-300--700,储存温度-400—800。为了防止传感器工作失灵,防止传感器丢失其物理特性,切勿将传感器置于以下情况或环境中:C947u/16VC10470u/25vC110.1uVD5IN4001TU12A/50V220V~SVin1GND2+12V3IC5MC7812TC12103PVD10IN4001VD11IN4001R211KBT+12V+12V1、在温度快速变化的环境中。2、在强烈震动的环境中。3、在浓雾环境或者干扰传感器接收红外线的环境中。4、在有流动的腐蚀性气体或海风的环境中。5、暴露在阳光直射的环境中。6、暴露在热风或有热源的环境中。4.2菲涅尔透镜菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。5热释电红外线传感器的优缺点优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉。缺点：1、容易受各种热源、光源干扰。容易受射频辐射的干扰。2、被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。3、环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。6热释电红外线传感器的安装要求热释电红外线传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系：1、热释电红外线传感器应离地面2.0-2.2米。2、热释电红外线传感器远离空调,冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。3、热释电红外线传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。4、热释电红外线传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。参考文献[1]刘笃仁.传感器原理及应用技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2003.[2]吕泉.现代传感器原理及应用[M].北京：清华大学出版社，2006.[3]张洪润.传感器技术大全[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.