[發明專利]檢測動靜態人體的被動式熱釋電紅外探測器及低誤報方法

無效

• 申請號: 201310113490.1
• 申請日: 2013-04-02
• 公開（公告）號: CN103234641A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 盧嫻;王米虎;向旭東;吳明光
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01J5/12
• 分類號: G01J5/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域?

本發明屬被動式熱釋電紅外探測器的人體檢測技術范疇，特別是一種檢測動靜態人體的熱釋電被動式紅外探測器及低誤報方法。

背景技術

隨著我國經濟的快速發展，資源匱乏和社會轉型的步伐呈現加速態勢。一方面，人口流動逐漸增大，社會治安形勢日趨復雜；因此，人們對生命財產的安全越來越重視。另一方面，能源電力的短缺阻礙了中國經濟的可持續發展，在可預見的時間內不會得到根本的改觀；因此，建設資源節約型社會已成全社會的共識。以安全為例，傳統的人防物防和現場報警手段難以適應新形勢下的社會需求；傳統的視頻監控雖能提供符合用戶習慣的直觀信息，但設備價格昂貴、操作專業、用途單一、缺乏實時報警功能；而被動式熱釋電紅外傳感器及傳感器應用技術則是化解安全保障、資源節約兩大難題的關鍵共性技術。本發明的論述側重探測器在安防領域中的應用。

被動式熱釋電紅外傳感器是基于熱釋電效應的熱電型紅外探測敏感元件，廣泛應用于工業、農業、國防和安防等領域，甚至在普通的家用電器中也屢見蹤跡。除黑體外的任何物體均向外輻射紅外線，其波長服從維恩位移定律（Wien’s?Displacement?Law）；人的典型體溫為37℃，是一個很好的紅外源，只要能探測人體的紅外線就可獲取人的活動狀態。自二戰期間德國用硫化鉛材料制成全球首個紅外傳感器以來，70年歷程的紅外技術取得了全方位的長足進展；傳感器的制造工藝成熟可靠、技術性能日臻完善，經濟指標達到近乎完美的水準。首先，敏感元件的材料延拓至單晶體、陶瓷和薄膜三個大類；單晶體包括硫酸三甘鈦（TGS）、鈮酸鍶鋇（SBN）及鉭酸鋰（LiTaO3）等，陶瓷材料包括鋯鈦酸鉛（PZT）及鈦酸鉛（PbTiO3）等，薄膜材料有聚偏二氟乙烯（PVF2）及聚亞乙烯氟（PVDF）等。第二，傳感器采用兩個相反極性敏感元件串聯的雙元型結構，使其具有獨特的抗干擾性能。第三是光學附件的技術進步，不僅發明了只對人體幅射紅外線波長敏感的濾光片，而且開發出聚焦入射紅外光、對活動目標不斷切換溫度場的菲涅爾透鏡，提高了傳感器的靈敏度和抗干擾性能。最后，熱釋電紅外傳感器專用芯片的推出，傳感器只需外接少量器件，即可構成品質優異的高可靠探測器。被動式熱釋電紅外探測器由光學附件、熱釋電紅外傳感器、信號處理和應用電路組成。探測器本身不存在任何類型的輻射、無活動部件，故器件功耗小、隱蔽性好、結構可靠、價格低廉；熱釋電紅外傳感器不受可見光和噪聲的影響，故可不分晝夜連續檢測，特別適宜在夜間或黑暗條件下工作；通過被測對象自身發射紅外線實現檢測，故不必另設光源、系統結構相對簡單；因大氣對特定波長（８～１４μｍ）紅外線吸收甚少，故具有較易檢測到人體的特點。2008年，我國的被動式紅外傳感器市場總量達一千萬臺。

被動式熱釋電紅外探測器應用過程中暴露出兩大不足：首先，熱釋電紅外傳感器易受環境中其他紅外源的干擾，如暖氣、空調可能引起的探測器誤報，減少或消除誤報是亟待解決的第一個問題。其二是探測器僅對動態人體有效，即無法探測靜態或緩慢移動的人體；探測器若用于安防，則存在技術上的隱患；探測器若用于節能--根據是否有人決定照明和供熱（冷）的開閉，則存在技術上的缺憾；開發適用于動靜態人體的探測器受制于熱釋電效應機理。當探測區域無人體輻射出的紅外線信號時，外界入射的紅外線在熱釋電敏感元上產生極性相反、電量相等的正負電荷極化現象，由于兩個敏感元采用的是相反極性的串聯結構，因此正負電荷相互抵消，傳感器無輸出。當人體靜止在傳感器的探測區域內時，與外界入射紅外線的場景類同，傳感器亦無輸出。當且僅當人體在探測區域內移動時，兩個熱釋電敏感元接收到不同的紅外輻射，敏感元的極化電荷不能相互抵消，傳感器才會輸出信號；一旦人體脫離探測區域、或在探測區域內保持靜止狀態，敏感元產生的極化電荷與空氣中的離子中和，傳感器重返無信號輸出狀態。