CN204009104U - 人体接近传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种人体接近传感器，用于检测人体相对于参照设施的接近动作或状态，人体接近传感器包括安装在参照设施内的热释电传感器，还包括具有空腔结构的光区限制器，光区限制器也安装在参照设施内，并且热释电传感器设置在光区限制器的空腔结构的一端，另一端的内侧壁延伸至参照设施的外壁面，形成预设形状的红外线接收光区，红外线接收光区的远离参照设施一侧的光区边界与水平面呈预设倾斜角度。本实用新型可以实现短距离响应的要求，而且基于特定的倾斜角度能够实现确定距离的检测。

Description

人体接近传感器

技术领域

本实用新型涉及信号检测技术，尤其涉及一种人体接近传感器。

背景技术

在很多场合例如安防报警、楼道感应、来客告知等都需要检测人体的接近动作，为了满足这种需求，目前出现了基于各种实现原理例如基于红外线、超声波、红外热释电、电容式等原理的人体接近传感器。在这些人体接近传感器中，由于采用红外热释电原理的人体接近传感器具有检测距离远、检测角度大、功耗低，且只对人体敏感等优势，因此被人们广泛使用。

如图1所示，为现有的热释电人体接近传感器的安装示意图。在图1中，热释电人体接近传感器由热释电传感器a1、菲涅尔透镜a2和信号放大处理电路(图中未示出)组成。热释电传感器a1利用压电陶瓷类电介质的自发极化作用，在受到红外辐射而温度升高时，此类介质表面电荷将减少，相当于释放了一部分电荷，故称为热释电，释放的电荷经信号放大处理电路可转换为电压输出。菲涅尔透镜a2可以将来自各个方向的红外线聚焦到热释电传感器a1上，该透镜可以为球面结构、弧面结构或平面结构。

热释电人体接近传感器的检测角度a4比较广(大于80°)，其通常在屋顶水平安装或在墙面上竖直安装。下面以图1中竖直安装在墙面a3的热释电人体接近传感器为例，来说明其工作原理。当被测人体a5进入以检测距离D为半径的区域内活动时，被测人体a5所发出的红外线能够被热释电人体接近传感器检测到，而检测半径D的控制是以控制信号放大倍数实现的。即被测人体a5没有进入检测半径D范围内时，热释电人体接近传感器所获得的信号在门限值以下，不能触发响应。

但是，由于热释电人体接近传感器检测的是被测人体与周边环境的温度差，温度差越大，信号越强。因此，冬天气温低时，检测半径D比夏天的距离远。而目前现有的热释电人体接近传感器不太容易实现短距离的控制，例如控制在1米以内响应，且1米以外不响应的要求。为了实现短距离响应的控制要求，目前的做法是将信号放大处理电路的放大倍数调的足够小，但这种做法会导致信噪比降低，不利于系统稳定。

除了不容易实现短距离内检测的要求之外，由于现有的热释电人体接近传感器的检测距离会随着环境温度、人体表面积大小、运动方式等的变化而发生改变，因此难以实现确定距离的人体接近检测。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种人体接近传感器，能够实现短距离响应的要求，且实现确定距离的检测。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种人体接近传感器，用于检测人体相对于参照设施的接近动作或状态，所述人体接近传感器包括安装在所述参照设施内的热释电传感器，其中，所述人体接近传感器还包括具有空腔结构的光区限制器，所述光区限制器也安装在所述参照设施内，并且所述热释电传感器设置在所述光区限制器的空腔结构的一端，所述光区限制器的空腔结构的另一端的内侧壁延伸至所述参照设施的外壁面，为所述热释电传感器形成预设形状的红外线接收光区，所述红外线接收光区的远离所述参照设施一侧的光区边界与水平面呈预设倾斜角度。

进一步的，所述参照设施为具有竖直壁面的参照设施，所述热释电传感器和光区限制器均安装在所述竖直壁面内。

进一步的，所述参照设施为具有水平壁面的参照设施，所述热释电传感器和光区限制器均安装在所述水平壁面内。

进一步的，所述预设倾斜角度为15°～80°，所述人体接近传感器安装在人体高度与tg15°～tg80°倍所述检测距离的差值的高度位置。

进一步的，所述预设倾斜角度为-80°～-15°，所述人体接近传感器安装在tg15°～tg80°倍所述检测距离的高度位置。

进一步的，所述人体接近传感器还包括可透射红外线的端面盖板，所述端面盖板扣合在所述光区限制器的空腔结构延伸至所述参照设施的外壁面的一端。

进一步的，所述光区限制器与所述端面盖板一体成型。

进一步的，所述预设形状的红外线接收光区为圆柱体形、锥台形或棱体形的红外线接收光区。

基于上述技术方案，本实用新型在人体接近传感器中使用光区限制器来为热释电传感器形成预设形状的红外线接收光区，利用光区限制器所形成的红外线接收光区的边界与水平面的倾斜角度，以及人体相对于人体接近传感器的高度或人体接近传感器的安装高度来确定检测距离，通过设置合适的倾斜角度就可以实现短距离响应的要求，而且基于特定的倾斜角度能够实现确定距离的检测。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为现有的热释电人体接近传感器的安装示意图。

图2为本实用新型人体接近传感器的一实施例的结构示意图。

图3为本实用新型人体接近传感器的另一实施例的结构示意图。

图4为本实用新型人体接近传感器的又一实施例的结构示意图。

图5A-5C为本实用新型人体接近传感器实施例的红外线接收光区的形状示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

考虑到用于检测人体相对于参照设施的接近动作或状态的人体接近传感器所用的热释电传感器的接收范围较大且不易定向，因此本实用新型采用了具有空腔结构的光区限制器来对热释电传感器所接收的红外线进行定向和聚焦，利用光区限制器所限制的红外线接收范围和区域就能够间接的达到缩短人体接近传感器的检测范围和获得相对确定的检测距离。

如图2所示，为本实用新型人体接近传感器的一实施例的结构示意图。在本实施例中，人体接近传感器包括安装在参照设施3内的热释电传感器1，用于检测人体5相对于参照设施3的接近动作或接近状态。这里提到的参照设施3是相对于人体靠近来说的，该参照设施可以是一些器物，例如被保藏的珍贵展品台，也可以是实体建筑，例如直立的墙壁、平坦地面等。对于参照设施3来说，其内部(也包括图2所示的在相对于参照设施3，与靠近人体对称的另一侧空间)需要容纳热释电传感器1。而热释电传感器1的相关信号放大电路等常规配置电路(图中未示出)也可设置在参照设施3内。

该人体接近传感器还包括具有空腔结构的光区限制器2，光区限制器2也安装在参照设施3内，并且热释电传感器1设置在光区限制器2的空腔结构的一端，光区限制器2的空腔结构的另一端的内侧壁延伸至参照设施的外壁面(即靠近人体的一侧的壁面)。光区限制器2能够为热释电传感器1聚拢外界发出的红外线，为热释电传感器1形成预设形状的红外线接收光区。而预设形状的红外线接收光区可以为图5A的锥台形、图5B的圆柱体形或者图5C的棱体形的红外线接收光区。当然，形成的红外线接收光区也可以是其它形状，例如棱台形、椭圆柱体形等，这里不再一一列举。

为了形成预设形状的红外线接收光区，光区限制器2可以是形成圆锥或棱锥形的内腔结构，或者圆柱或椭圆柱形的内腔结构，又或者棱体形的内腔结构的物体。

从图2可以看到，红外线接收光区的远离参照设施3一侧的光区边界(即两条虚线表示的光区边界中靠下的一条，其与参照设施3的外壁面形成的角度值大于另一条与参照设施3的外壁面所形成的角度值)与水平面呈预设倾斜角度α，相应的该光区边界与人体5所形成的夹角为β＝90°-α，而人体接近传感器1的检测距离D就可以由预设倾斜角度α和人体5相对于人体接近传感器1的高度来确定。具体来说，对于图2所示的具有竖直壁面的参照设施3，热释电传感器1和光区限制器2均安装在竖直壁面内，相应的，如果α设置为15°～80°，即指向斜向上的方向，则根据正切函数，则人体接近传感器1适合安装在人体高度H_人体与tg15°～tg80°倍检测距离D的差值的高度位置，即H_传感器＝H_人体-(tg15°～tg80°)*D。也就是说，检测距离D的确定可以通过人体接近传感器的安装高度和预设倾斜角度中的任一项的调整或者两项共同调整来实现。

在本实用新型中，人体存在不同身高，因此会有一定的误差，但在实际工程中可以容忍，因此人体高度可取一般值，例如170cm或165cm等。而且由于人体接近传感器的目的是当人靠近一定距离时，人机交互作出反应(例如灯亮等)，因此对每个有确定高度的人来说，其对应的人体接近传感器的检测距离是一定的，不会给使用者带来探测效果“忽远忽近”的困惑。另外，对于图2实施例来说，人体接近传感器的高度实际上是光区限制器2的下边沿与参照设施3的外壁面的相交位置与地面之间的距离，而非实际检测红外线的热释电传感器1的高度，由于无论是热释电传感器还是光区限制器尺寸都比较小，在高度上的误差在实际工程中可以容忍，为计算方便，因此将其定义为人体接近传感器的高度。

图3示出了参照设施具有竖直壁面的另一种人体接近传感器的实现方式，其中，红外线接收光区的远离参照设施3一侧的光区边界(即两条虚线表示的光区边界中靠上的一条，其与参照设施3的外壁面形成的角度值大于另一条与参照设施3的外壁面所形成的角度值)相对于水平面的预设倾斜角度α为-80°～-15°，即指向斜向下的方向，此时检测距离D则由预设倾斜角度α和人体接近传感器的安装高度H_传感器确定，而人体接近传感器安装在tg15°～tg80°倍检测距离D的高度位置，即H_传感器＝(tg15°～tg80°)*D。

在图3实施例中，无论多高尺寸的人或动物走入红外线接收光区都较容易可以触发反应，例如报警等，可适合检查比较严密的安保场合。

除此之外，在图3实施例中，人体接近传感器还可以包括可透射红外线的端面盖板4，端面盖板4扣合在光区限制器2的空腔结构延伸至参照设施3的外壁面的一端。端面盖板4可以对热释电传感器1起到防污的作用。端面盖板4可以与外壁面重合或平行，也可以偏斜某个角度(例如10°或15°等)，使其更向人体倾斜，以减少人体红外线的反射。光区限制器2与端面盖板4可以一体成型，也可以独立设置并组装。端面盖板4也适用于上一实施例。

对于图3实施例来说，人体接近传感器的高度实际上是光区限制器2的上边沿与参照设施3的外壁面的相交位置与地面之间的距离，而非实际检测红外线的热释电传感器1的高度，由于无论是热释电传感器还是光区限制器尺寸都比较小，在高度上的误差在实际工程中可以容忍，为计算方便，因此将其定义为人体接近传感器的高度。

在图4实施例中，参照设施3为具有水平壁面的参照设施3，热释电传感器1和光区限制器2均安装在水平壁面内，预设倾斜角度α为15°～80°，人体接近传感器安装在人体高度H_人体与tg15°～tg80°倍检测距离D的差值的高度位置H_传感器，即H_传感器＝H_人体-(tg15°～tg80°)*D。在光区限制器2的空腔结构延伸至参照设施3的外壁面的一端还扣合有端面盖板4，光区限制器2与端面盖板4可以一体成型，也可以独立设置并组装。

对于图4实施例来说，人体接近传感器的高度实际上是光区限制器2的边沿与参照设施3的外壁面的相交位置(也即端面盖板所在位置)与地面之间的距离，而非实际检测红外线的热释电传感器1的高度，由于无论是热释电传感器还是光区限制器尺寸都比较小，在高度上的误差在实际工程中可以容忍，为计算方便，因此将其定义为人体接近传感器的高度。

上述实施例的人体接近工作原理近似，这里仅以图2实施例为例来说明一下本实用新型的人体接近传感器的工作原理，如下：

在安装人体接近传感器之前，可根据希望达到的检测距离以及定义的基本人体高度来确定人体接近传感器的设置高度及偏斜角度，并订制满足适合的光区形状的光区限制器，根据该高度及偏斜角度将热释电传感器置入参照设施内，然后利用光区限制器来调整红外线接收的角度。然后可以根据需要安装上透光的端面盖板。

安装完毕后，在接通电源的情况下人体接近传感器处于工作状态，当人靠近参照设施时，当靠近到距离参照设施D的位置时，人体的顶端(通常为头部)就会进入到红外线接收光区中，此时人体所发出的红外线会被接收到参照设施内的热释电传感器，而热释电传感器在收到红外辐射后会释放电荷，释放的电荷通过信号放大电路转换成电压输出，电压输出可以转换成声光类的警示信号，或者通过计算机进行记录等。

通过上述对本实用新型人体接近传感器各实施例和其安装及工作原理的说明，本实用新型相比于现有的热释电人体接近传感器，至少具有以下优点之一：

1、通过光区限制器来调整光区边界的角度，可以很容易地实现短距离内的检测要求。

2、能够在工程误差允许范围内，实现确定距离的人体接近检测，减少环境温度、人体表面积大小、运动方式等的变化对检测距离的影响。

3、通过端面盖板的使用，提供热释电传感器的防污作用。

4、利用光区限制器达到一定的聚焦作用，省去使用菲涅尔透镜的成本花费。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.一种人体接近传感器，用于检测人体相对于参照设施的接近动作或状态，所述人体接近传感器包括安装在所述参照设施内的热释电传感器，其特征在于，所述人体接近传感器还包括具有空腔结构的光区限制器，所述光区限制器也安装在所述参照设施内，并且所述热释电传感器设置在所述光区限制器的空腔结构的一端，所述光区限制器的空腔结构的另一端的内侧壁延伸至所述参照设施的外壁面，为所述热释电传感器形成预设形状的红外线接收光区，所述红外线接收光区的远离所述参照设施一侧的光区边界与水平面呈预设倾斜角度。

2.根据权利要求1所述的人体接近传感器，其特征在于，所述参照设施为具有竖直壁面的参照设施，所述热释电传感器和光区限制器均安装在所述竖直壁面内。

3.根据权利要求1所述的人体接近传感器，其特征在于，所述参照设施为具有水平壁面的参照设施，所述热释电传感器和光区限制器均安装在所述水平壁面内。

4.根据权利要求2或3所述的人体接近传感器，其特征在于，所述预设倾斜角度为15°～80°，所述人体接近传感器安装在人体高度与tg15°～tg80°倍所述检测距离的差值的高度位置。

5.根据权利要求2所述的人体接近传感器，其特征在于，所述预设倾斜角度为-80°～-15°，所述人体接近传感器安装在tg15°～tg80°倍所述检测距离的高度位置。

6.根据权利要求1所述的人体接近传感器，其特征在于，所述人体接近传感器还包括可透射红外线的端面盖板，所述端面盖板扣合在所述光区限制器的空腔结构延伸至所述参照设施的外壁面的一端。

7.根据权利要求6所述的人体接近传感器，其特征在于，所述光区限制器与所述端面盖板一体成型。

8.根据权利要求1所述的人体接近传感器，其特征在于，所述预设形状的红外线接收光区为圆柱体形、锥台形或棱体形的红外线接收光区。