一种计数热释电红外传感器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种计数热释电红外传感器，包括：两片相同的敏感元、匹配电路、窗口材料、透镜以及光阑；两片相同的所述敏感元反向串联设置，可输出两个极性相反的信号；所述匹配电路由匹配电阻和场效应管组成；所述窗口材料采用红外光透过率较高的材料；为了使热释电红外传感器可用于计数，所述光阑把探测范围限制在传感器表面大小的范围内。本发明的计数热释电红外传感器提供了一种新的计数方式。计数热释电传感器是被动式传感器，不需要额外的辐射源，直接检测人体或其他物体辐射的红外信号，并且可实现双向计数功能。该传感器可用于如博物馆，图书馆，旅游景点等场所的进出人数的分别统计，可通过比较进出人数的差别判断馆内人数。
【专利说明】一种计数热释电红外传感器
【技术领域】
[0001] 本发明属于电子技术、信号处理及微纳加工【技术领域】，涉及一种计数热释电红外 传感器。
【背景技术】
[0002] 热释电红外传感器是根据某些晶体具有的热释电效应制作的一种可把红外信号 转化为电信号的传感器。它是检测目标辐射的红外信号不需额外的红外信号源。所谓热释 电效应是指一些晶体受热时在晶体两端产生数量相等、符号相反电荷的电极化现象。热释 电红外传感器主要有敏感元、阻抗匹配场效应管、匹配电阻、封装外壳和滤光片等组成。敏 感元采用具有热释电效应的晶体，常用的有单晶、压电陶瓷、高分子薄膜等。由于敏感元本 身阻抗比较高，所以采用匹配电阻和场效应管进行阻抗匹配，把敏感元产生的微弱电流转 化为电压信号。热释电晶体本身对红外波长没有选择性，所有辐射红外线的物体都能够被 检测到，设计热释电红外传感器时可以加滤光片进行波长选择以实现特定物体的检测。一 般的计数产品是采用红外发射管和接受管对管的形式或者电磁感应来实现计数，但这些产 品都不能实现双向的计数即不能检测目标的运动方向只能检测有无目标。而普通的红外传 感器又不能实现计数的功能。
【发明内容】
[0003] 为了实现目标运动方向的检测以及不同方向的分别计数，本发明提出了一种专用 于计数的，计数热释电红外传感器。
[0004] 本发明所采用的技术方案如下：
[0005] -种计数热释电红外传感器，包括：两片相同的敏感元、匹配电路、窗口材料、透镜 以及光阑；
[0006] 两片相同的所述敏感元反向串联设置，可输出两个极性相反的信号；
[0007] 所述匹配电路由匹配电阻和场效应管组成；
[0008] 所述窗口材料采用红外光透过率较高的材料；
[0009] 所述透镜使探测区内的红外光聚在敏感元上；
[0010] 所述光阑把探测范围限制在传感器表面大小的范围内。
[0011] 在上述技术方案中，所述敏感元、匹配电路、窗口材料、透镜，均设置于金属的外壳 内。
[0012] 在上述技术方案中，所述窗口材料为硅或锗片。
[0013] 本发明的有益效果是：
[0014] 本发明的计数热释电红外传感器是被动式传感器，不需要额外的辐射源，直接检 测人体（或其他物体）辐射的红外信号，并且可实现双向计数功能。本发明的计数热释电 红外传感器提供了 一种新的计数方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0016] 图1是计数热释电红外传感器整体结构示意图。
[0017] 图2是计数热释电传感器的视场范围示意图。
[0018] 图3是敏感元俯视示意图。
[0019] 图4是透镜工作原理示意图。
[0020] 图5是计数热释电传感器工作示意图。
[0021] 图6是本发明的计数热释电红外传感器的模拟信号及计数原理示意图。
【具体实施方式】
[0022] 本发明的发明思想为：
[0023] 本发明的专用于计数的热释电红外传感器主要由五部分组成：外壳（上方具有光 阑）、敏感元、匹配电路、窗口材料（滤光片）、透镜。
[0024] -、敏感元：敏感元即探测元，是传感器的核心部件。敏感元是由热释电材料表面 通过微纳技术镀上吸收层而成。该发明热释电材料选用锆钛酸铅（PZT)，热释电材料也可选 铌酸锂等原理相同。传感器采用两片相同的敏感元反向串联（或并联），即可输出两个极性 相反的信号。
[0025] 二、外壳：和市场现有的热释电红外传感器一样，为了屏蔽干扰，提高传感器信噪 t匕，本发明外壳同样选用金属外壳。但为了使其可用于计数，改进了外壳结构。改进的外壳 上方有一光阑，可把探测范围限制在人体大小。
[0026] 三、匹配电路：匹配电路由匹配电阻和场效应管（J-FET)组成，由于敏感元本身阻 抗较高，需通过阻抗匹配其信号才能被后续处理电路识别。
[0027] 四、窗口材料：窗口材料选用红外光透过率较高的材料，如硅或锗片9-15um红外 波透过率比较高，而人体辐射红外波长在9. 5um左右，可采用硅或锗片滤波可实现人体检 测。采用其他窗口材料就可实现其他特定物体的检测。
[0028] 五、透镜：本发明为了使热释电红外传感器可用于计数，为了弥补所造成的信号损 失，采取增大敏感元面积和透镜聚光方式使传感器能够完成检测任务。
[0029] 下面结合附图对本发明做以详细说明。
[0030] 如图1所示，计数热释电红外传感器主要由外壳、透镜、窗口材料、敏感元、匹配电 路等组成。具体的说，由外向内依次为透镜、窗口材料、敏感元、匹配电路。
[0031] 与通用型的热释电红外传感器相比，本发明的传感器改变了外形结构，外壳采用 长方形便于同敏感元形状结构相配合，且外壳上端多出一段光阑结构是为了限制视场范 围，把探测器视场限制在和人体大小相当的范围内。视场如图2所示。由于视场小，同一时 刻只能有一人处于视场内，这样就解决了多人同时处于视场内无法区分的问题。即一人通 过视场对应传感器有效输出一次，通过统计传感器输出就可以实现计数功能。
[0032] 由于视场被限制在较窄的范围内，导致传感器输出信号变弱。为了弥补视场限制 导致的信号损失，在窗口外加一透镜聚光并且增大敏感元面积。如图3所示，敏感元采用长 方形结构，且增大其面积，由于敏感元面积越大，输出信号越大，所以增大敏感元面积至足 够大能够有效补偿由视场限制造成的信号损失。为了更有效的利用视场范围内的红外辐 射，加一级透镜聚光。如图4所示，是透镜工作原理。在透镜和敏感元之间有一硅或锗窗口， 由于硅或锗片9-15um红外波透过率比较高，而人体辐射红外波长在9. 5um左右，所以硅或 锗片滤波可实现人体检测，有效滤除了其他物体红外辐射的干扰。
[0033] 而匹配电路和其他通用型热释电红外传感器的匹配电路原理相同，都是为了把敏 感元的高阻抗和后续处理电路匹配。否则后续电路不能有效识别敏感元输出信号。匹配电 路一般由匹配电阻和场效应管组成，匹配电阻大小500M至10G，场效应管为结型场效应管。
[0034] 传感器的应用如图5所示，可把传感器安装在房顶，两个敏感元的方向需与人运 动的方向垂直，否则将大大影响传感器的性能甚至不能工作。当人走过探测区时，两个敏感 元依次响应。由于两个敏感元反向连接，所以两个响应信号相反。如图6所示，通过判断两 个响应信号是先正后负还是先负后正即可判断人的运动方向。
[0035] 该传感器可用于如博物馆，图书馆，旅游景点等场所的进出人数的分别统计，可通 过比较进出人数的差别判断馆内人数。
[0036] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对 于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或 变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或 变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【权利要求】
1. 一种计数热释电红外传感器，其特征在于，包括：两片相同的敏感元、匹配电路、窗 口材料、透镜以及光阑； 两片相同的所述敏感元反向串联设置，可输出两个极性相反的信号； 所述匹配电路由匹配电阻和场效应管组成； 所述窗口材料采用红外光透过率较高的材料； 所述透镜使探测区内的红外光聚在敏感元上； 所述光阑把探测范围限制在人体大小的范围内。
2. 根据权利要求1所述的计数热释电红外传感器，其特征在于，所述敏感元、匹配电 路、窗口材料、透镜，均设置于金属的外壳内。
3. 根据权利要求1所述的计数热释电红外传感器，其特征在于，所述窗口材料为硅或 错片。
4. 根据权利要求1所述的计数热释电红外传感器，其特征在于，通过光阑把探测范围 限制在人体大小。
【文档编号】G01J5/10GK104155010SQ201410327991
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】王泰升, 史成勇, 鱼卫星, 续志军 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所