CN103399352A - 基于热释电人体感应器的方向识别装置及其识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于热释电人体感应器的方向识别装置及其识别方法，它由光学系统、热释电红外传感器、信号放大器、信号对比器和语音提示装置组成，其中，光学系统采用菲涅尔透镜，热释电红外传感器有且只有一个，信号对比器有两个输出端TG1和TG2，且TG1和TG2分别与语音提示装置相连。本发明的有益效果是：通过物理隔离和探头输出信号分析的结合的方式，达到了双探头的识别效果或单探头配合强大信号处理器能达到的效果，节约了成本，在一般家用或非安全可靠性的场合都可以使用。

Description

基于热释电人体感应器的方向识别装置及其识别方法

技术领域

本发明涉及基于热释电人体感应器的方向识别装置及其识别方法，属于方向识别技术领域。

 

背景技术

目前，社会上存在的被动式人体感应方向识别，采取的为双探头感应，从两个探头分别提取感应信息进行对比，存在的缺陷有二：一、加重了产品的硬件成本，使用了两套被动式人体感应探头及其附属电路；二、硬件一致性得不到保障，任何一侧的器件参数出现不平衡，则方向识别的成功率低下或根本不能完成方向识别的动作。

 

发明内容

本发明的目的在于提供基于热释电人体感应器的方向识别装置及其识别方法，能降低成本，在一般家用或非安全可靠性的场合使用，达到方向识别的效果。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于热释电人体感应器的方向识别装置，它由光学系统、热释电红外传感器、信号放大器、信号对比器和语音提示装置组成，其中，光学系统采用菲涅尔透镜，热释电红外传感器有且只有一个，光学系统置于热释电红外传感器的前端，热释电红外传感器的输出端与信号放大器的输入端相连，信号放大器的输出端与信号对比器的输入端相连，信号对比器有两个输出端TG1和TG2，且TG1和TG2分别与语音提示装置相连。

基于热释电人体感应器的方向识别方法，它包含以下步骤：

（1）、将人体感应方向识别装置安装在目标区域并调试，人体感应方向识别装置有且只含有单个的热释电人体红外传感器；

（2）、对菲涅尔透镜进行物理隔离，在热释电红外传感器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”；

（3）、被探测物体从菲涅尔透镜前移动，被探测物体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，热释电红外传感器对应于 “盲区”和高灵敏区”以脉冲形式输出两个信号；

（4）、分析对比信号：信号经过信号放大器以及信号对比器的滤波和放大、信号处理，处理之后产生方向识别信号，其中，输出端TG1和TG2输出的两个信号同时出现时为同步信号，同步信号即表示一个方向，输出端TG1和TG2输出的两个信号不同时出现为非同步信号，即表示为另一个方向；

（5）、根据同步信号和非同步信号，语音提示装置实现方向识别提示的功能。

所述的同步信号的时隙容差在1ms以内。

所述的非同步信号的时隙容差大于1ms。

本发明的有益效果在于：通过物理隔离和探头输出信号分析的结合的方式，达到了双探头的识别效果或单探头配合强大信号处理器能达到的效果，节约了成本，在一般家用或非安全可靠性的场合都可以使用。

 

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的流程图。

图3为热释电人体感应器的俯视图。

图4为热释电人体感应器的侧视图。

图5热释电人体感应器的内部结构图。

图6为现有技术的示意图。

图7为本发明使用隔离挡片进行物理隔离的示意图。

图8为本发明使用遮光片进行物理隔离的示意图。

图9为本发明使用的隔离模具的结构图。

图10为本发明确定角度使用时的垂直视图。

图11为本发明确定角度使用时的水平视图。

图12为本发明不同角度使用时的垂直视图。

图13为本发明不同角度使用时的水平视图。

其中，1-光学系统，2-热释电红外传感器，3-信号放大器，4-信号对比器，5-语音提示装置，11-内部的矩形敏感单元，12-滤光窗，13-支撑结构体, 101-等效小电容A, 102-等效小电容B, 103-多层滤光层薄膜，104-场效应管，701-隔离挡片，801-遮光片。

 

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1，基于热释电人体感应器的方向识别装置，它由光学系统1、热释电红外传感器2、信号放大器3、信号对比器4和语音提示装置5组成，其中，光学系统1采用菲涅尔透镜，热释电红外传感器2有且只有一个，光学系统1置于热释电红外传感器2的前端，热释电红外传感器2的输出端与信号放大器3的输入端相连，信号放大器3的输出端与信号对比器4的输入端相连，信号对比器4有两个输出端TG1和TG2，且TG1和TG2分别与语音提示装置5相连，使用时D端接电源正极，G端接电源负极，S端为信号输出。。

如图2，基于热释电人体感应器的方向识别方法，它包含以下步骤：

（1）、将人体感应方向识别装置安装在目标区域并调试，人体感应方向识别装置有且只含有单个的热释电人体红外传感器；

（2）、对菲涅尔透镜进行物理隔离，在热释电红外传感器2前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”；

（3）、被探测物体从菲涅尔透镜前移动，被探测物体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，热释电红外传感器2对应于 “盲区”和高灵敏区”以脉冲形式输出两个信号；

（4）、分析对比信号：信号经过信号放大器3以及信号对比器4的滤波和放大、信号处理，处理之后产生方向识别信号，其中，输出端TG1和TG2输出的两个信号同时出现时为同步信号，同步信号即表示一个方向，输出端TG1和TG2输出的两个信号不同时出现为非同步信号，即表示为另一个方向；

（5）、根据同步信号和非同步信号，语音提示装置5实现方向识别提示的功能。

所述的同步信号的时隙容差在1ms以内。

所述的非同步信号的时隙容差大于1ms。

热释电人体感应器是一种已经应用非常广泛的传感器件，它专门用来检测人体辐射的红外能，可以做成主动式和被动式（检测运动人体）人体检测，目前在市面上在售的热释电人体感应器（以下简称传感器）型号非常多，但其结构、外型和电参数大致相似，绝大部分可以相互替换，其中，如图3、图4，传感器包括敏感单元、滤光窗、场效应管以及支撑结构体，11为内部的矩形敏感单元，12是滤光窗，13为支撑结构体。

热释电人体感应器的内部结构如图5。敏感单元的制造材料对不同型号传感器有所不同，制作工艺把这些材料制成很薄的薄片，从薄片上引出一根电极，电极两端则构成一个等效小电容A101和等效小电容B102，将两个薄片做在同一个硅晶片上，则它们形成的等效小电容能产生自极化，两端产生微量的极性相反的正负电荷，把两个等效小电容极性相反地串联起来，构成了传感器的核心部件。当传感器没有检测到人体辐射的红外能时，等效小电容A101和等效小电容B102上自极化产生的等量电荷因极性相反串联而相互抵销，回路中无电流，传感器无信号输出。当人体静止在传感器检测区内时，传感器等效小电容A101和等效小电容B102检测到人体辐射红外能达到平衡，产生等量的光电路，此光电流在回路中相抵销，传感器仍无信号输出。同样道理，在移动速度极缓慢的阳光移动或灯光环境下，受限于本身传感器的响应频率（一般为0.1～10Hz）很低及传感器对红外辐射敏感波长范围很窄（一般为5～15um）,传感器对这些变化不敏感。另外，由环境温度变化而引起的传感器本身温度的变化，因等效小电容A101和等效小电容B102是用同种材料、相同大小地做在同一种介质材料上面，所产生的差异化等量光电流也会相互抵销，传感器也无信号输出。

同样的道理，当等效小电容A101和等效小电容B102上受到不同的红外辐射时，等效小电容A101和等效小电容B102上自极化产生的的电荷不再相互抵销，回路中会产生电荷流动，对外有信号输出。

滤光窗12是由一块薄玻片上镀上多层滤光层薄膜103构成。滤光窗12能有效地滤除5～14um波长以外的红外线，在5～14um段内红外线的穿通量为70%或以上。物体发出的红外辐射能，最强波长和温度的关系满足λm*T=2989（μm·K）,人体的正常体温为36～37.5℃，即309～310.5K，其辐射的最强的红外线的波长为λm=2989/（309～310.5）=9.67～9.64um，中心波长为9.65um，正好落在滤光窗的响应波长的中心。所以，滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而最大限度地阻止阳光、灯光等可见光中的红外线的通过，和敏感单元相辅相成，以避免引起干扰。

传感器内部有设计一个场效应管104，其目的在于完成阻抗变换。由于传感器探测元输出的是电荷信号，不能直接使用，因而需要将其转换为电压形式。场效应管输入阻抗高达104MΩ，接成共漏极形式来完成阻抗变换。

市面上普遍使用菲涅尔透镜的方法，如图6所示，当被探测物体从透镜前面穿过探测区S时，传感器以忽强忽弱的脉冲形式输出，只能识别一个方向。

本发明使用物理隔离菲涅尔透镜扇区，隔离方法可以使用隔离挡片，如图7所示，701为隔离挡片，如图8也可以使用遮光片，801为遮光片，如图9也可以使用隔离模具，经过物理隔离之后，菲涅尔透镜的“盲区”和“高灵敏区”区域较正常的区域有所收敛，但是传感器经过信号滤波和放大、信号处理之后的传感器信号具有同步和非同步信号。如图10、图11所示，本方法实际使用时的行进方向和经过“盲区”、“高灵敏区”扇区分布图，单探头挂在高度为2米，下倾角为14°时，在高度1m的水平线上最佳感应点的下倾角度，各个位置的进行物理隔离调整时的一个参考参数，如图12、图13所示，本方法实际使用时的行进方向和经过“盲区”、“高灵敏区”扇区分布图，单探头挂在高度为2米，下倾角不同时，在高度1m的水平线上最佳感应点的下倾角度，各个位置的进行物理隔离调整时的一个参考参数，同步信号对应于一种行进方向，非同步信号对应的方向则与同步信号的方向恰恰相反。

Claims (4)

1.一种基于热释电人体感应器的方向识别装置，其特征在于：它由光学系统（1）、热释电红外传感器（2）、信号放大器（3）、信号对比器（4）和语音提示装置（5）组成，其中，光学系统（1）采用菲涅尔透镜，热释电红外传感器（2）有且只有一个，光学系统（1）置于热释电红外传感器（2）的前端，热释电红外传感器（2）的输出端与信号放大器（3）的输入端相连，信号放大器（3）的输出端与信号对比器（4）的输入端相连，信号对比器（4）有两个输出端TG1和TG2，且TG1和TG2分别与语音提示装置（5）相连。

2.基于热释电人体感应器的方向识别方法，其特征在于：它包含以下步骤：

（1）、将人体感应方向识别装置安装在目标区域并调试，人体感应方向识别装置有且只含有单个的热释电人体红外传感器；

（2）、对菲涅尔透镜进行物理隔离，在热释电红外传感器（2）前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”；

（3）、被探测物体从菲涅尔透镜前移动，被探测物体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，热释电红外传感器（2）对应于 “盲区”和高灵敏区”以脉冲形式输出两个信号；

（4）、分析对比信号：信号经过信号放大器（3）以及信号对比器（4）的滤波和放大、信号处理，处理之后产生方向识别信号，其中，输出端TG1和TG2输出的两个信号同时出现时为同步信号，同步信号即表示一个方向，输出端TG1和TG2输出的两个信号不同时出现为非同步信号，即表示为另一个方向；

（5）、根据同步信号和非同步信号，语音提示装置（5）实现方向识别提示的功能。

3.如权利要求2所述的基于热释电人体感应器的方向识别方法，其特征在于：所述的同步信号的时隙容差在1ms以内。

4.如权利要求2所述的基于热释电人体感应器的方向识别方法，其特征在于：所述的非同步信号的时隙容差大于1ms。

Images