專利名稱：一種全景式人體定位紅外傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型所屬傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種全景式人體定位紅外傳感器。
背景技術(shù)：
人類已進(jìn)入科學(xué)技術(shù)空前發(fā)展的信息社會，電子計(jì)算機(jī)、機(jī)器人、自動控制技術(shù)以及單片機(jī)嵌入系統(tǒng)的迅速發(fā)展，迫切需要功能多樣的傳感器。作為“感覺器官”，傳感器用于監(jiān)測各種各樣的信號，并轉(zhuǎn)換為工作系統(tǒng)能處理的信息。其中，由于紅外傳感器能監(jiān)測人體發(fā)射的紅外線，是傳感器中應(yīng)用最為廣泛的一種。熱釋電紅外傳感器是近幾年發(fā)展很快的一種紅外傳感器，它是一種性能十分優(yōu)良的傳感器，既可用于防盜報(bào)警裝置，也可以用于自動控制、接近開關(guān)、遙測等領(lǐng)域。由于紅外線是不可見光，同時(shí)具有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。被動式熱釋電紅外傳感器以其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。熱釋電紅外傳感器是一種基于熱釋電效應(yīng)的熱電型紅外傳感器。人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長10 μ m左右的紅外線。外界發(fā)射的紅外線通過濾光片濾掉干擾信號，只剩下IOym的特定的紅外線聚集到熱釋電元件上。這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號。現(xiàn)有的熱釋電紅外傳感器，根據(jù)其監(jiān)測原理與效果可以分為兩種類型。一種是直線式紅外傳感器，主要應(yīng)用于洗手臺等場合。其工作原理是當(dāng)人體的紅外線進(jìn)入傳感器的監(jiān)測點(diǎn)，傳感器即可感應(yīng)。這類傳感器只能監(jiān)測某一直線范圍，監(jiān)測距離也十分有限。另一種是半球式紅外傳感器，這種傳感器與直線式紅外傳感器相比，探測靈敏度更高，探測范圍更大。半球式紅外傳感器一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出10 20米范圍內(nèi)人的行動。但是由于菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)的特殊性，半球式紅外傳感器雖然在靈敏度上有所提高，但是卻無法實(shí)現(xiàn)對人體的定位。上述兩種熱釋電紅外傳感器，雖然應(yīng)用廣泛，但是在某些需要對人體定位的場合， 卻顯得力不從心了。而隨著材料科學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多擁有特殊光學(xué)性能的材料。利用一種特殊光學(xué)材料石英片，可以保留入射光的直射部分而反射掉入射光的斜射部分，以及光學(xué)材料硅線陣列，這種新型材料對單一波長的吸收率為96%，對全部可收集的陽光吸收率達(dá)到80%。在熱釋電效應(yīng)的基礎(chǔ)上，利用這兩種材料，結(jié)合濾光片，可以實(shí)現(xiàn)熱釋電紅外傳感器對人體的監(jiān)測與定位。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種抗干擾力強(qiáng)、監(jiān)測范圍廣，還能對人體進(jìn)行定位的熱釋電紅外傳感器。技術(shù)方案本實(shí)用新型解決上述問題所采用的技術(shù)方案是它包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)有濾光片，濾光片呈弧形，內(nèi)部設(shè)有弧形鏡頭，濾光片、弧形鏡頭由外向內(nèi)分別與支架相連。濾光片可濾掉干擾光線，只剩下波長IOym的紅外線進(jìn)入。 弧形鏡頭、信號傳輸線路、信號處理模塊順序連接，弧形鏡頭由若干大小相同的弧形鏡頭單元組成，通過設(shè)置弧形鏡頭單元的序列號代表某一具體方位信息?；⌒午R頭單元包括一個鏡頭元件，鏡頭元件的上方，覆蓋著一種能保留直射光而反射斜射光的石英片。鏡頭元件的四周，分布吸光能力很強(qiáng)的硅線陣列。在鏡頭元件的下方裝有兩個熱電元件，熱電元件由壓電陶瓷(PZT)制成，以反極性串聯(lián)，抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾，可將紅外輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栂蛲廨敵??；⌒午R頭接收過濾紅外線，分別在弧形鏡頭單元發(fā)生熱釋電反應(yīng)，產(chǎn)生多路電信號。信號傳輸線路將多路電信號傳送到信號處理模塊，信號處理模塊接收多路電信號，進(jìn)行信號處理，最終輸出一路目標(biāo)信號。信號處理模塊、支架、殼體由內(nèi)向外依次設(shè)置在底座上，底座連接引腳，引腳將目標(biāo)信號送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行定位分析。人體發(fā)出的紅外線，從各個方向射向殼體，經(jīng)濾光片過濾，照射到弧形鏡頭上。從數(shù)學(xué)的角度來說，只有一個弧形鏡頭單元，表面能夠接收到垂直入射的紅外線，其序列號代表的方位就是人體的方位。對其他弧形鏡頭單元來說，紅外線是以斜射的方式照射到它們的表面。石英片對弧形鏡頭表面的斜射光有反射作用，硅線陣列能夠吸收鏡頭元件內(nèi)壁的光線，光線經(jīng)過石英片及硅線陣列的處理，照射到熱電元件上。除了接收垂直入射光的一個弧形鏡頭單元，其底部的熱電元件接收到較多光線，其他弧形鏡頭單元內(nèi)的熱電元件接收到的光線大大減少。熱電元件經(jīng)熱釋電效應(yīng)，產(chǎn)生多路電信號。信號處理模塊經(jīng)信號處理找出一路目標(biāo)信號，并通過引腳輸出，進(jìn)入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行定位分析。上述的弧形鏡頭由若干大小相同的弧形鏡頭單元組成，可根據(jù)具體應(yīng)用要求設(shè)置弧形鏡頭單元的數(shù)目，數(shù)目越多，可定位范圍越大。上述的信號處理模塊包括信號放大、信號過濾、模擬多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換、信號比較五部分。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型取得了以下的技術(shù)效果傳統(tǒng)紅外傳感器只能對人體監(jiān)測而無法定位，本實(shí)用新型在實(shí)現(xiàn)監(jiān)測功能的基礎(chǔ)上，解決了傳統(tǒng)紅外傳感器無法對人體定位的問題，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測與定位的結(jié)合。

圖1為本實(shí)用新型組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為弧形鏡頭單元放大結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為信號處理模塊電路示意圖；圖4為本實(shí)用新型的應(yīng)用案例示意圖。其中，1-殼體、2-濾光片、3-弧形鏡頭、4-弧形鏡頭單元、5-信號輸出線路、6_信號處理模塊、7-支架、8-底座、9-引腳、10-石英片、11-鏡頭元件、12-硅線陣列、13-熱電元件。具體實(shí)施方案
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的實(shí)施例。實(shí)施例參見圖1-2，它包括殼體1，殼體1內(nèi)設(shè)有濾光片2，濾光片2呈弧形，內(nèi)部設(shè)有弧形鏡頭3，濾光片2、弧形鏡頭3由外向內(nèi)分別與支架7相連。濾光片2可濾掉干擾光線，只剩下波長10 μ m的紅外線進(jìn)入。弧形鏡頭3、信號傳輸線路5、信號處理模塊6順序連接，弧形鏡頭3由若干大小相同的弧形鏡頭單元4組成，可根據(jù)具體應(yīng)用要求設(shè)置弧形鏡頭單元4 的數(shù)目，數(shù)目越多，可定位范圍越大，通過設(shè)置弧形鏡頭單元4的序列號代表某一具體方位信息?；⌒午R頭單元4包括一個鏡頭元件11，鏡頭元件11的上方，覆蓋著一種能保留直射光而反射斜射光的石英片10。鏡頭元件11的四周，分布吸光能力很強(qiáng)的硅線陣列12。在鏡頭元件11的下方裝有兩個熱電元件13，熱電元件13由壓電陶瓷(PZT)制成，以反極性串聯(lián)，抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾，可將紅外輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栂蛲廨敵觥；⌒午R頭 3接收過濾紅外線，分別在每個弧形鏡頭單元4發(fā)生熱釋電反應(yīng)，產(chǎn)生多路電信號。信號傳輸線路5將多路電信號傳送到信號處理模塊6，信號處理模塊6進(jìn)行信號處理。信號處理模塊6、支架7、殼體1由內(nèi)向外依次設(shè)置在底座8上，底座8連接引腳9，引腳9將目標(biāo)信號送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行定位分析。參見圖3-4，當(dāng)有人體進(jìn)入監(jiān)測區(qū)域，全景式人體定位紅外傳感器的工作方式為 人體從各個方向向殼體1輻射紅外線，經(jīng)過濾光片2過濾，照射到弧形鏡頭3上。從數(shù)學(xué)的角度來說，只有一個弧形鏡頭單元4，表面能夠接收到垂直入射的紅外線，其序列號代表的方位就是人體的方位。對其他弧形鏡頭單元4來說，紅外線是以斜射的方式照射到它們的表面。石英片10對弧形鏡頭單元4表面的斜射光有反射作用，硅線陣列12能夠吸收鏡頭元件11內(nèi)壁的光線，光線經(jīng)過石英片10及硅線陣列12的處理，照射到熱電元件13上。除了接收垂直入射光的一個弧形鏡頭單元4，其底部的熱電元件13接收到較多光線，其他弧形鏡頭單元4內(nèi)的熱電元件13接收到的光線大大減少。熱電元件13經(jīng)熱釋電效應(yīng)，產(chǎn)生多路電信號。信號傳輸線路5將多路電信號傳送到信號處理模塊6進(jìn)行信號處理，信號處理模塊6包括信號放大、信號過濾、模擬多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換、信號比較五部分。信號處理模塊6的工作方式當(dāng)檢測到有輸入電信號，對輸入信號進(jìn)行以放大及濾波為主的信號調(diào)理， 調(diào)理后的信號通過模擬多路開關(guān)以一定的順序進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號依次進(jìn)行信號比較。信號比較可選用冒泡比較法，其原理是依次比較相鄰兩個信號，數(shù)值小的被舍棄，只保存數(shù)值大的一路，再與下一路信號進(jìn)行比較，如此反復(fù)，直到信號比較完成。通過信號比較，找出一路目標(biāo)信號。目標(biāo)信號數(shù)值最大，由代表人體方位的那個弧形鏡頭單元4產(chǎn)生。 目標(biāo)信號從引腳9輸出，進(jìn)入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行定位分析。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不限于上述的實(shí)施例，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動和變形而不脫離本實(shí)用新型的范圍和精神。倘若這些改動和變形屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi)，則本實(shí)用新型的意圖也包含這些改動和變形在內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種全景式人體定位紅外傳感器，其特征在于殼體(1)內(nèi)設(shè)有濾光片0)，濾光片 (2)內(nèi)設(shè)有弧形鏡頭(3)，濾光片O)、弧形鏡頭(3)由外向內(nèi)依次與支架(7)相連，弧形鏡頭(3)、信號傳輸線路(5)、信號處理模塊(6)順序連接，信號處理模塊(6)、支架(7)、殼體 ⑴由內(nèi)向外依次設(shè)置在底座⑶上，底座⑶連接引腳(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全景式人體定位紅外傳感器，其特征在于所述的弧形鏡頭(3)由若干大小相同的弧形鏡頭單元(4)組成，弧形鏡頭單元(4)包括一個鏡頭元件 (11)，鏡頭元件(11)的上方覆蓋石英片(10)，四周分布硅線陣列(12)，下方設(shè)置兩個熱電元件(13)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種全景式人體定位紅外傳感器。它包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)有濾光片、濾光片內(nèi)設(shè)有弧形鏡頭，濾光片、弧形鏡頭由外向內(nèi)與支架連接，弧形鏡頭、信號傳輸線路、信號處理模塊順序連接，信號處理模塊、支架、殼體由內(nèi)向外設(shè)置在底座上，底座連接引腳，引腳可與計(jì)算機(jī)連接。當(dāng)有人員進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域時(shí)，傳感器會監(jiān)測人體從各個方向發(fā)出的紅外線，產(chǎn)生不同感應(yīng)信號。通過對感應(yīng)信號大小的比較，找出一路目標(biāo)信號。該信號能輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行定位分析，從而實(shí)現(xiàn)對人體的監(jiān)測與定位。
文檔編號G01J5/12GK202075045SQ20112015965
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者趙航, 陳海蛟, 韓玲 申請人:趙航, 陳海蛟, 韓玲