CN202075045U - 一种全景式人体定位红外传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种全景式人体定位红外传感器。它包括壳体，壳体内设有滤光片、滤光片内设有弧形镜头，滤光片、弧形镜头由外向内与支架连接，弧形镜头、信号传输线路、信号处理模块顺序连接，信号处理模块、支架、壳体由内向外设置在底座上，底座连接引脚，引脚可与计算机连接。当有人员进入监控区域时，传感器会监测人体从各个方向发出的红外线，产生不同感应信号。通过对感应信号大小的比较，找出一路目标信号。该信号能输入计算机进行定位分析，从而实现对人体的监测与定位。

Description

一种全景式人体定位红外传感器

技术领域

本实用新型所属传感器领域，尤其涉及一种全景式人体定位红外传感器。

背景技术

人类已进入科学技术空前发展的信息社会，电子计算机、机器人、自动控制技术以及单片机嵌入系统的迅速发展，迫切需要功能多样的传感器。作为“感觉器官”，传感器用于监测各种各样的信号，并转换为工作系统能处理的信息。其中，由于红外传感器能监测人体发射的红外线，是传感器中应用最为广泛的一种。

热释电红外传感器是近几年发展很快的一种红外传感器，它是一种性能十分优良的传感器，既可用于防盗报警装置，也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。由于红外线是不可见光，同时具有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。被动式热释电红外传感器以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。

热释电红外传感器是一种基于热释电效应的热电型红外传感器。人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10μm左右的红外线。外界发射的红外线通过滤光片滤掉干扰信号，只剩下10μm的特定的红外线聚集到热释电元件上。这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经处理后就能产生报警信号。

现有的热释电红外传感器，根据其监测原理与效果可以分为两种类型。一种是直线式红外传感器，主要应用于洗手台等场合。其工作原理是当人体的红外线进入传感器的监测点，传感器即可感应。这类传感器只能监测某一直线范围，监测距离也十分有限。另一种是半球式红外传感器，这种传感器与直线式红外传感器相比，探测灵敏度更高，探测范围更大。半球式红外传感器一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10～20米范围内人的行动。但是由于菲涅尔透镜结构的特殊性，半球式红外传感器虽然在灵敏度上有所提高，但是却无法实现对人体的定位。

上述两种热释电红外传感器，虽然应用广泛，但是在某些需要对人体定位的场合，却显得力不从心了。而随着材料科学的发展，出现了许多拥有特殊光学性能的材料。利用一种特殊光学材料石英片，可以保留入射光的直射部分而反射掉入射光的斜射部分，以及光学材料硅线阵列，这种新型材料对单一波长的吸收率为96％，对全部可收集的阳光吸收率达到80％。在热释电效应的基础上，利用这两种材料，结合滤光片，可以实现热释电红外传感器对人体的监测与定位。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种抗干扰力强、监测范围广，还能对人体进行定位的热释电红外传感器。

技术方案

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：

它包括壳体，壳体内设有滤光片，滤光片呈弧形，内部设有弧形镜头，滤光片、弧形镜头由外向内分别与支架相连。滤光片可滤掉干扰光线，只剩下波长10μm的红外线进入。弧形镜头、信号传输线路、信号处理模块顺序连接，弧形镜头由若干大小相同的弧形镜头单元组成，通过设置弧形镜头单元的序列号代表某一具体方位信息。弧形镜头单元包括一个镜头元件，镜头元件的上方，覆盖着一种能保留直射光而反射斜射光的石英片。镜头元件的四周，分布吸光能力很强的硅线阵列。在镜头元件的下方装有两个热电元件，热电元件由压电陶瓷(PZT)制成，以反极性串联，抑制由于自身温度升高而产生的干扰，可将红外辐射转变为电信号向外输出。弧形镜头接收过滤红外线，分别在弧形镜头单元发生热释电反应，产生多路电信号。信号传输线路将多路电信号传送到信号处理模块，信号处理模块接收多路电信号，进行信号处理，最终输出一路目标信号。信号处理模块、支架、壳体由内向外依次设置在底座上，底座连接引脚，引脚将目标信号送到计算机进行定位分析。

人体发出的红外线，从各个方向射向壳体，经滤光片过滤，照射到弧形镜头上。从数学的角度来说，只有一个弧形镜头单元，表面能够接收到垂直入射的红外线，其序列号代表的方位就是人体的方位。对其他弧形镜头单元来说，红外线是以斜射的方式照射到它们的表面。石英片对弧形镜头表面的斜射光有反射作用，硅线阵列能够吸收镜头元件内壁的光线，光线经过石英片及硅线阵列的处理，照射到热电元件上。除了接收垂直入射光的一个弧形镜头单元，其底部的热电元件接收到较多光线，其他弧形镜头单元内的热电元件接收到的光线大大减少。热电元件经热释电效应，产生多路电信号。信号处理模块经信号处理找出一路目标信号，并通过引脚输出，进入到计算机进行定位分析。

上述的弧形镜头由若干大小相同的弧形镜头单元组成，可根据具体应用要求设置弧形镜头单元的数目，数目越多，可定位范围越大。

上述的信号处理模块包括信号放大、信号过滤、模拟多路开关、A/D转换、信号比较五部分。

与现有技术相比，本实用新型取得了以下的技术效果：

传统红外传感器只能对人体监测而无法定位，本实用新型在实现监测功能的基础上，解决了传统红外传感器无法对人体定位的问题，实现了监测与定位的结合。

附图说明

图1为本实用新型组成结构示意图；

图2为弧形镜头单元放大结构示意图；

图3为信号处理模块电路示意图；

图4为本实用新型的应用案例示意图。

其中，1-壳体、2-滤光片、3-弧形镜头、4-弧形镜头单元、5-信号输出线路、6-信号处理模块、7-支架、8-底座、9-引脚、10-石英片、11-镜头元件、12-硅线阵列、13-热电元件。

具体实施方案

下面结合附图进一步说明本实用新型的实施例。

实施例：

参见图1-2，它包括壳体1，壳体1内设有滤光片2，滤光片2呈弧形，内部设有弧形镜头3，滤光片2、弧形镜头3由外向内分别与支架7相连。滤光片2可滤掉干扰光线，只剩下波长10μm的红外线进入。弧形镜头3、信号传输线路5、信号处理模块6顺序连接，弧形镜头3由若干大小相同的弧形镜头单元4组成，可根据具体应用要求设置弧形镜头单元4的数目，数目越多，可定位范围越大，通过设置弧形镜头单元4的序列号代表某一具体方位信息。弧形镜头单元4包括一个镜头元件11，镜头元件11的上方，覆盖着一种能保留直射光而反射斜射光的石英片10。镜头元件11的四周，分布吸光能力很强的硅线阵列12。在镜头元件11的下方装有两个热电元件13，热电元件13由压电陶瓷(PZT)制成，以反极性串联，抑制由于自身温度升高而产生的干扰，可将红外辐射转变为电信号向外输出。弧形镜头3接收过滤红外线，分别在每个弧形镜头单元4发生热释电反应，产生多路电信号。信号传输线路5将多路电信号传送到信号处理模块6，信号处理模块6进行信号处理。信号处理模块6、支架7、壳体1由内向外依次设置在底座8上，底座8连接引脚9，引脚9将目标信号送到计算机进行定位分析。

参见图3-4，当有人体进入监测区域，全景式人体定位红外传感器的工作方式为：人体从各个方向向壳体1辐射红外线，经过滤光片2过滤，照射到弧形镜头3上。从数学的角度来说，只有一个弧形镜头单元4，表面能够接收到垂直入射的红外线，其序列号代表的方位就是人体的方位。对其他弧形镜头单元4来说，红外线是以斜射的方式照射到它们的表面。石英片10对弧形镜头单元4表面的斜射光有反射作用，硅线阵列12能够吸收镜头元件11内壁的光线，光线经过石英片10及硅线阵列12的处理，照射到热电元件13上。除了接收垂直入射光的一个弧形镜头单元4，其底部的热电元件13接收到较多光线，其他弧形镜头单元4内的热电元件13接收到的光线大大减少。热电元件13经热释电效应，产生多路电信号。信号传输线路5将多路电信号传送到信号处理模块6进行信号处理，信号处理模块6包括信号放大、信号过滤、模拟多路开关、A/D转换、信号比较五部分。信号处理模块6的工作方式：当检测到有输入电信号，对输入信号进行以放大及滤波为主的信号调理，调理后的信号通过模拟多路开关以一定的顺序进行A/D转换，转换后的信号依次进行信号比较。信号比较可选用冒泡比较法，其原理是依次比较相邻两个信号，数值小的被舍弃，只保存数值大的一路，再与下一路信号进行比较，如此反复，直到信号比较完成。通过信号比较，找出一路目标信号。目标信号数值最大，由代表人体方位的那个弧形镜头单元4产生。目标信号从引脚9输出，进入到计算机进行定位分析。

本实用新型的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变形而不脱离本实用新型的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围内，则本实用新型的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (2)

1.一种全景式人体定位红外传感器，其特征在于：壳体(1)内设有滤光片(2)，滤光片(2)内设有弧形镜头(3)，滤光片(2)、弧形镜头(3)由外向内依次与支架(7)相连，弧形镜头(3)、信号传输线路(5)、信号处理模块(6)顺序连接，信号处理模块(6)、支架(7)、壳体(1)由内向外依次设置在底座(8)上，底座(8)连接引脚(9)。

2.根据权利要求1所述的一种全景式人体定位红外传感器，其特征在于：所述的弧形镜头(3)由若干大小相同的弧形镜头单元(4)组成，弧形镜头单元(4)包括一个镜头元件(11)，镜头元件(11)的上方覆盖石英片(10)，四周分布硅线阵列(12)，下方设置两个热电元件(13)。

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