体感装置的制作方法

本实用新型是关于一种非接触式传感装置，且特别是有关于体感装置。

背景技术：

红外辐射，为波长介于可见光及微波之间的电磁辐射(或称电磁波)，其波长范围约介于0.7μm至1000μm之间。在自然界中，任何高于绝对温度(-273K)的物体都会发出红外辐射，且不同温度的物体发出的红外辐射的波长也不相同；其中，当物体的温度增加，则其所发出的红外辐射的波长越短，如图1所示。

热释电红外辐射传感器(Pyroelectric Infrared Radial Sensor；简称PIR Sensor)为一种非接触式传感器，它会因外界的红外辐射变化而引起自身的温度变化，并将温度变化量转换为相应的电信号输出；然而，当温度的变化趋于稳定后就不会再有电信号输出。更具体言之，热释电红外辐射传感器可利用锆钛酸铅(Lead Zirconate Titanate；简称PZT)基材和钽酸锂(LiTaO₃)基材形成；基本上，在热释电红外辐射传感器的传感件(sensor elements)中，表面总是通过自发极化而带电，但是，在热平衡状态下，表面由空气中的离子中和，因此不会有输出。此时，当生物体发出的红外辐射入射到热释电红外辐射传感器时，热释电红外辐射传感器的表面附近的温度升高，从而热平衡状态被破坏，使热释电红外辐射传感器会输出相应温度变化的电信号。

一般来说，热释电红外辐射传感器的传感件对所接受的红外辐射的波长并无选择性；然而，因目前市场上多将热释电红外辐射传感器应用在自动控制、防盗警报、照明系统、语音迎宾、红外辐射光谱仪及热辐射探测仪等领域中，以于人体进入传感范围时，产生声、光或信号变化；因此，市售的热释电红外辐射传感器会在其传感件的接收路径上加上一滤光片，以滤除太阳光及荧光灯光的短波长信号。

人体的恒定温度约在36～37℃，其所发射的红外辐射波长为9～10μm；因此，滤光片可设计在波长7～14μm有70％以上的穿透率，以适合于人体红外辐射的测量。

归因于热释电红外辐射传感器为被动式红外辐射传感器，故具备体积小、低功耗及价格低廉等特点；然而，当环境温度与人体温度接近(例如夏天)时，热释电红外辐射传感器输出的电信号就变得极为微弱，这会导致具有热释电红外辐射传感器的体感装置产生短时失灵的问题。

技术实现要素：

依据本实用新型提供一种体感装置，包含一热释电红外辐射传感器、一温度传感器、一微处理器、一信号放大单元及多个倍率调整单元。热释电红外辐射传感器用以检测红外辐射并产生相应之一电信号；温度传感器用以检测一环境温度以产生一温度测量值。微处理器电连接于温度传感器，信号放大单元电连接于热释电红外辐射传感器及微处理器；倍率调整单元电连接于微处理器及信号放大单元，倍率调整单元分别响应多个温度区间值，微处理器依据温度测量值与温度区间值的比较结果选取并致能多个倍率调整单元的其中之一，使信号放大单元依微处理器所致能的倍率调整单元调整电信号。

在本实用新型之一实施方式中，信号放大单元包含一信号放大器及一分压电阻器，信号放大器电连接于热释电红外辐射传感器及微处理器，分压电阻器电连接于信号放大器及倍率调整单元。

在本实用新型之一实施方式中，每一倍率调整单元包含一电阻器及一开关，电阻器连接于信号放大器，开关设于电阻器及地端之间，且开关的一致能端连接于微处理器；其中，当倍率调整单元中的电阻器的电阻值愈低，则电信号的放大率愈高。

在本实用新型之一实施方式中，每一倍率调整单元更包含一电容器，连接于电阻器及开关之间，电容器可为高通滤波器电容器，并用以滤除直流信号。

在本实用新型之一实施方式中，体感装置更包含一低通滤波器，与分压电阻器并联电连接，藉以滤除高频噪声。

在本实用新型之一实施方式中，体感装置更包含一电源去耦电容器，电连接于热释电红外辐射传感器及信号放大器，用以滤除噪声，使信号处理模块稳定工作。

在本实用新型之一实施方式中，体感装置更包含一静态电流控制电阻器，电连接于热释电红外辐射传感器及信号放大器，用以控制热释电红外辐射传感器的静态电流。

在本实用新型之一实施方式中，微处理器是通过集成电路总线规范的通讯协议与温度传感器建立通讯。

在本实用新型之一实施方式中，体感装置用以感测人体红外辐射，且当人体温度与环境温度的差距愈小，电信号的放大倍率愈高。

在本实用新型之一实施方式中，倍率调整单元呈并联电连接。

在本实用新型之一实施方式中，开关为N型双极性晶体管；开关的基极连接于微处理器，集极电连接于电阻器，射极接地。

本实用新型的体感装置包含多个倍率调整单元，微处理器可依环境温度选择热释电红外辐射传感器输出的电信号的放大倍率，藉以降低因电信号微弱而短时失灵的问题。

附图说明

图1为红外辐射的温度对波长关系图；图2为依照本实用新型之体感装置之电路方块图。

其中附图标记为：

1 体感装置

10 热释电红外辐射传感器

12 温度传感器

14 微处理器

15a 第一倍率调整单元

15b 第二倍率调整单元

15c 第三倍率调整单元

150a 第一开关

150b 第二开关

150c 第三开关

152a 第一电阻器

152b 第二电阻器

152c 第三电阻器

154a 第一电容器

154b 第二电容器

154c 第三电容器

156 电源去耦电容器

158 静态电流控制电阻器

16 信号放大单元

162 信号放大器

164 分压电阻器

166 低通滤波电容器

GND 电源地端

OP_N 反向输入端

OP_O 输出端

OP_P 非反向输入端

OUTN 输出端

SCL 串行频率线

SDA 串行数据线

VDD 正电源输入端

VIN 电源输入端

VOUT 电源输出端

VSS 负电源输入端

具体实施方式

本实用新型的体感装置包含一热释电红外辐射传感器、一温度传感器、一微处理器、一信号放大单元及多个倍率调整单元；微处理器可依据温度传感器测量环境温度产生的温度测量值，选择并致能多个倍率调整单元中之一者，藉以使信号放大单元对热释电红外辐射传感器输出的电信号进行调整。

更具体言之，每个倍率调整单元可包含一开关及一电阻器。开关的致能端连接于微处理器，电阻器设在信号放大器及开关的非致能端之间。倍率调整单元经设计使得当电阻器的电阻值愈小时，可以大倍率放大热释电红外辐射传感器输出的电信号；而当电阻器的电阻值愈大时，则可以小倍率放大热释电红外辐射传感器输出的电信号。每个倍率调整单元还可以包含一电容器，电连接开关及该电阻器之间，用以滤除直流信号；其中，当电阻器的电阻值愈小时，所对应的电容器的电容值愈大；而当电阻器的电阻值愈大时，所对应的电容器的电容值愈小。如此一来，即使热释电红外辐射传感器输出的电信号微弱，体感装置也不会产生短时失灵的问题。

请参见图2，其绘示依照本实用新型的体感装置的电路方块图。在图2中，体感装置1包含一热释电红外辐射传感器10、一温度传感器12、一微处理器14、一信号放大单元16及多个倍率调整单元。热释电红外辐射传感器10可通过热释电效应对传感区内的生物体(例如:人体)红外辐射进行检测；并于传感区内部的红外辐射发生变化时引起温度变化，并将温度变化转换为相对应的电信号输出。温度传感器12用以测量环境温度以产生一温度测量值；其中，温度传感器12可测量热释电红外辐射传感器10的传感区的环境温度。温度传感器12可为热电耦式(thermocouple；简称TC)温度传感器或热敏式(thermister)温度传感器。

微处理器14及温度传感器12可例如是通过集成电路总线(Inter-Integrated Circuit Bus；简称I²C Bus)规范的通讯协议与温度传感器12建立通讯；其中，集成电路总线由串行数据线(serial data line；简称SDA)及串行频率线(serial clock line；简称SCL)所构成。

信号放大单元16包含一信号放大器162、一分压电阻器164及一低通滤波电容器166，信号放大器162的输出端OUTN电连接于微处理器14，且信号放大器162可例如包含有双级放大器(图未示出)的集成电路。

在本创作中的多个倍率调整单元分别响应多个温度区间值。在本实用新型中，体感装置1以包含呈并联电连接的三个倍率调整单元(即第一倍率调整单元15a、第二倍率调整单元15b及第三倍率调整单元15c)作为说明范例。微处理器14依据温度传感器12的温度测量值与多个倍率调整单元的温度区间值的测量比较结果选取并以致能多个倍率调整单元的其中之一，使信号放大单元16依微处理器14所致能选的倍率调整单元所设定的倍率调整电信号。在本实用新型中，第一倍率调整单元15a响应的温度区间值低于第二倍率调整单元15b响应的温度区间值，第三倍率调整单元15c响应的温度区间值高于第二倍率调整单元15b响应的温度区间值。

第一倍率调整单元15a包含一第一开关150a、一第一电阻器152a及一第一电容器154a。微处理器14连接于第一开关150a的致能端；换言之，当第一开关150a接收到微处理器14发出的(具有特定准位的)致能信号时，第一开关150a导通(turn on)；反之，则第一开关150a截止(turn off)。

在图2中，第一开关150a为N型双极性晶体管，其致能端为基极。当第一开关150a的基极接收到微处理器140发出的呈低准位的致能信号或于微处理器14未输出致能信号时，第一开关150a截止；而当第一开关150a的基极接收到微处理器14发出的呈高准位信号的致能信号时，第一开关150a导通。藉此，信号放大单元16可依第一倍率调整单元15a所设定的倍率对热释电红外辐射传感器10输出的电信号进行放大。

第一开关150a的集极依次通过第一电容器154a及第一电阻器152a而与信号放大器162的反向输入端OP_N、分压电阻器164及低通滤波电容器166形成电性连接；第一开关150a的射极接地。第一电容器154a可为高通滤波电容器，并用以滤除直流信号。分压电阻器164与低通滤波电容器166呈并联电连接。

第二倍率调整单元15b包含一第二开关150b、一第二电阻器152b及一第二电容器154b；如图2所示，第二开关150b为N型双极性晶体管，其致能端(即基极)连接于微处理器14，并可依据微处理器14输出致能信号与否或致能信号的准位以导通或截止。第二开关150b的集极依次通过第二电容器154b及第二电阻器152b而与信号放大器162之反向输入端OP_N、分压电阻器164及低通滤波电容器166形成电性连接，第二开关150b的射极接地。当第二开关150b的基极接收到微处理器14发出的呈高准位信号的致能信号时，第二开关150b导通；藉此，信号放大单元16可依第二倍率调整单元15b所设定的倍率对热释电红外辐射传感器10输出的电信号进行放大。第二电容器154b可为高通滤波电容器，并用以滤除直流信号。

第三倍率调整单元15c包含一第三开关150c、一第三电阻器152c及一第三电容器154c；如图2所示，第三开关150c为N型双极性晶体管，其致能端(即基极)连接于微处理器14，并可依据微处理器14输出致能信号与否或致能信号的准位以导通或截止。第三开关150c的集极依次通过第三电容器154c及第三电阻器152c而与信号放大器162的反向输入端OP_N、分压电阻器164及低通滤波电容器166形成电性连接，第三开关150c的射极接地。当第三开关150c的基极接收到微处理器14发出的呈高准位信号的致能信号时，第三开关150c导通。藉此，信号放大单元16可依第三倍率调整单元15c所设定的倍率对热释电红外辐射传感器10输出的电信号进行放大。第三电容器154c可为高通滤波电容器，并用以滤除直流信号。

在本实用新型中，第一倍率调整单元15a的放大倍率经设计使小于第二倍率调整单元15b的放大倍率，且第三倍率调整单元15c的放大倍率经设计使大于第二倍率调整单元15b的放大倍率；意即当第一倍率调整单元15a的放大倍率为A1，第二倍率调整单元15b的放大倍率为A2，以及第三倍率调整单元15c的放大倍率为A3时，满足下列条件:

A1<A2<A3。

在前述条件下，当第一电阻器152a的电阻值为R1，第二电阻器152b的电阻值为R2，第三电阻器152c的电阻值为R3，第一电容器154a的的电容值为C1，第二电容器154b的电容值为C2，且第三电容器154c的电容值为C3时，满足下列条件:

R1>R2>R3；以及

C1<C2<C3。

于实际操作时，微处理器会将温度传感器12检测环境温度产生的温度测量值与第一至第三倍率调整单元15a～15c的温度区间值进行比对，并依据比对结果选取并致能第一至第三倍率调整单元15a～15c的其中之一。举例来说，当温度传感器12检测环境温度产生的温度测量值落入第一倍率调整单元15a的温度区间值中，微处理器14可选择使第一开关150a导通，第二开关150b及第三开关150c截止，藉以微幅地放大热释电红外辐射传感器10的输出信号；而当温度传感器12检测环境温度产生的温度测量值落入第三倍率调整单元15c的温度区间值中，微处理器14可选择使第三开关150c导通，第一开关150a及第二开关150b截止，藉以巨幅地放大热释电红外辐射传感器10的输出信号。

体感装置1还可包含一电源去耦电容器156及一静态电流控制电阻器158。电源去耦电容器156的一端电连接于热释电红外辐射传感器10的电源输入端VIN及信号放大器162的正电源输入端VDD，另一端接地；藉以滤除噪声，使信号放大器162稳定工作。信号放大器162的负电源输入端VSS接地。静态电流控制电阻器158的一端电连接于热释电红外辐射传感器10的电源输出端VOUT及信号放大器162的非反向输入端，另一端接地；藉以控制热释电红外辐射传感器10的静态电流。热释电红外辐射传感器10的电源地端GND接地。

虽然本实用新型已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本实用新型，任何熟习此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。