Pyroelectric红外线移动式感测器的设计摘要.PDFVIP

Pyroelectric Infra-Red (PIR) Motion Detector. Pyroelectric紅外線移動式感測器的設計 作者 PSoC 產品顧問 Geethesh N.S. 產品應用工程師Martin Cornish Executive Summary Motion detection of an object can be achieved by using some stimulus and sensing its reflection as in RADAR, or by sensing the natural signals generated by an object. This article discusses motion detection of an object by sensing the infrared signal radiated from the object. Infrared radiation exists in the electromagnetic spectrum at a wavelength that is longer than visible light. Infrared radiation cannot be seen but it can be detected. Objects that generate heat also generate infrared radiation and those objects include animals and the human body, whose radiation is strongest at a wavelength of 9.4 µm. To detect this signal, a transducer is required that converts the infrared signal to a form detectable with conventional circuitry. 偵測物體移動的方式很多，例如雷達就是利用刺激來偵測物體反射動作，或是 直接感測物體本身所釋放出來的自然訊號，這些都能達到偵測的目的。本篇文章即 在探討如何藉由感測物體本身所發出的紅外線來偵測其移動情形。 存在於電磁波頻譜上的紅外線波長比一般可見光還要長。紅外線雖然看不到， 但仍可被偵測的到，包括動物與人體等會產生熱能的物體，也會同時產生紅外線輻 射，而輻射波長以9.4 µm的波長是最強的。要偵測這樣的訊號，則需要一組能量轉 換器（transducer ）將紅外線訊號轉換成用一般電路就可感測到的訊號型式。 Pyroelectric感測器 Pyroelectric 感測器是由結晶物質所組成，當此物質暴露在紅外線輻射形式的 熱能時，會產生表面電荷。當晶體表面受到許多輻射照射而改變時，其所帶電荷也 會隨之改變，而且可以利用感測器內高靈敏度的場效電晶體（FET ）元件來進行量 測（如圖 1 所示）。由於感測器元件可接受相當大的輻射範圍，因此在感測器的封 裝（TO5 ）裡會加上一個濾波器（filter window ），將接收輻射波長範圍限制在8 到14 µm 之間，而這也是對人體最敏感的輻射範圍。 IR filter IR Radiation FET 圖1 圖 2 顯示外接電阻器“R”如何連結至從 FET 電流轉換為電壓值的輻射源。而 FET 的汲極（drain ）將會連結至3 到15 伏特的乾淨電源。 IR radiation Vout R 圖2 輸出電壓應該與輸入端所感測的紅外線輻射量呈某一函數關係。但輸出電壓通 常還會受到晃動、電波干擾、日照等因素所影響，為了解決這個問題，感測器本身 通常有兩組感測元件連結至一組逆電壓（voltage-bucking ）組態（如圖3