本公开涉及传感器中、具体地是在无源红外（pir）传感器中的噪声抑制。
背景技术：
在当前照明应用中，能源效率是越来越重要的主题。降低照明系统的能量消耗的一种可能方式是当空间中不存在人或物体时，关闭或调暗其一个或多个光源，并相反地当空间中存在人或物体时打开（多个）灯。为做到这一点，必须检测相关空间中的人或物体的存在。当前正在使用不同类型的存在传感器。
有对传感器驱动的光控制系统的强烈需要，因为它们具有减少其（多个）光源的能量消耗的优点，并从而提高了成本节省和（多个）光源的寿命。
现在使用pir传感器进行照明控制非常常见。pir传感器的密度从一个房间中的单个传感器增长到在每个被布置成将光发射到房间中的照明器中具有一个传感器。因此，建筑物中存在的pir传感器的数量正在增加。在使用如此之多pir传感器的情况下，误报率正在增加。误报是当房间中不存在占有者时触发照明器的（多个）光源去开启的传感器输出。
pir传感器的误触发将打开照明和/或消耗能量的其他设备，这既昂贵又对环境不利。
误报的原因之一是pir传感器的噪声，其经常被称为“爆米花噪声”。
仍未完全地理解爆米花噪声现象。pir传感器可以在组件结构内部积聚（buildup）一些静态能量。该电荷可以在系统的电子设备中积聚，或由于晶格不规则性而在陶瓷热电材料中积聚。如果设备保持静止，则该能量可以突然释放，导致pir传感器输出信号中的尖峰信号（spike）。这在图1中图示（其中y轴表示adc步长，x轴表示采样时间为13ms的adc采样）。这种零星的固有噪声就是我们在本文中所指的“爆米花噪声”。
已知的方法尝试滤除该爆米花噪声。图2图示了现有技术的无源红外传感器系统200，其中直流（dc）电压源202将dc电压供应给pir传感器204。pir传感器204的输出通常为毫伏量级，并因此在由滤波器208滤波之前被供应给放大器206。滤波器208通常是带通滤波器，并且使频率特性基于尝试滤除爆米花噪声。滤波器208滤除dc含量和存在于高于例如4hz的那些频率处的噪声。
技术实现要素：
本公开的发明人已经发现，由于没有很好地理解爆米花噪声现象，并且爆米花噪声的形状会稍有不同，所以爆米花噪声的滤波特别困难，且因此爆米花噪声经常余留。假定从“正常”操作（当占有者存在于房间中时的检测）观察到的pir传感器输出信号与需要被滤除的噪声类似，则这种尝试滤波尤其成问题。
发明人已经发现，可以通过避免其中pir传感器处于可能发生零星噪声的完全静态的场景来抑制爆米花噪声。
根据本公开的一个方面，提供了一种无源红外传感器系统，包括：供应直流（dc）电压的dc电压源；被供应以dc电压的无源红外传感器，所述无源红外传感器包括至少一个传感器元件；供应交流（ac）电压的ac电压源，所述ac电压源被布置成：诱发交流电流经所述至少一个传感器元件；放大器，被布置成对从无源红外传感器输出的输出信号进行放大以生成放大的输出信号；以及滤波器，被布置成对放大的输出信号进行滤波以提供无源红外传感器系统的输出，其中滤波器被配置成对ac电压的频率进滤波。
在一个实施例中，所述dc电压源和ac电压源串联连接，使得所述无源红外传感器被附加地供应有ac电压。
在其他实施例中，所述ac电压源将ac电压供应给连接到所述ac电压源的加热元件，以改变所述加热元件的温度以诱发所述交流电。
无源红外传感器可以包括所述加热元件。备选地，加热元件可以在无源红外传感器外部。
加热元件可以是电阻器。滤波器可以是带通滤波器。
至少一个传感器元件可以由热电材料制成。
无源红外传感器可以包括用相反极化（oppositepolarization）串联连接的两个感测元件。备选地，无源红外传感器可以包括用相反极化串联连接的第一对感测元件，以及用相反极化串联连接的第二对感测元件，其中所述第一对感测元件与第二对感测元件相反极化地串联连接。
根据本公开的另一方面，提供了一种照明器，包括：根据本文描述的任一实施例的无源红外传感器系统；被布置成接收所述无源红外传感器系统的输出的检测器；以及与检测器连接的至少一个光源；其中所述检测器被配置成基于所述无源红外传感器系统的输出来检测所述至少一个传感器元件的感测区域中的运动，并基于检测到的运动来控制所述至少一个光源。
这些和其它方面将从以下描述的实施例变得明显。本公开的范围并不被规定为受该发明内容的限制，也不限于必须解决所谈及的任何或全部缺点的实施方式。
附图说明
为更好地理解本公开内容并且示出可以如何将实施例付诸实施，参考所附附图，在附图中：
图1图示了爆米花噪声；
图2图示现有技术的无源红外传感器系统；
图3图示根据本公开的第一实施例的无源红外传感器系统；
图4a图示根据本公开的第二实施例的无源红外传感器系统；
图4b图示根据本公开的第三实施例的无源红外传感器系统；
图5图示在本公开的实施例中观察到的波形；以及
图6是照明器的示意性框图。
具体实施方式
在下面描述的实施例中，避免其中pir传感器处于可能出现零星噪声的完全静态的场景。这是通过诱发ac电流流经pir传感器的（多个）传感器元件实现的。
参照图3描述本公开的第一实施例。图3图示了无源红外传感器系统300。
无源红外传感器系统300包括向pir传感器304供应dc电压（v）的dc电压源302。dc电压源302与向pir传感器304供应ac电压的ac电压源310串联连接。
由于dc电压源302与ac电压源310串联连接，所以pir传感器304由叠加有ac电压的dc电压（v）供电。
由ac电压源310供应的ac电压可以采用由asin（ωt）表征的正弦波的形式，其中a是振幅，并且ω=2πf，其中f是频率。在该示例中，pir传感器304由对应于v+（asin（ωt））的组合电源电压供电。只要电压连续地变化并且没有任何阶跃，由ac电压源302供应的ac电压可以采取正弦波以外的其他形式，例如ac电压源302供应的ac电压可以采取三角波的形式。
pir传感器304包括至少一个热电感测元件，每个热电感测元件在其被加热或冷却时都产生临时电压；以及菲涅尔透镜（或其他光学装置），用于聚焦来自两个热电元件感测元件上特定区域（pir传感器304的感测区域）的红外（ir）辐射。该至少一个热电感测元件由热电材料（例如热电陶瓷材料）制成。如本领域中充分理解的，热电材料响应于流经其主体的热能而生成电荷。由于所有的热电材料也是压电的，所以由热电感测元件吸收的热量导致热电感测元件膨胀，并且因而发生的热诱发应力导致元件电极上的压电电荷的形成（development），其表现为电极两端的电压。
pir传感器304的输出电压是由（多个）热电感测元件感测的ir辐射量的函数。由于输出还受振动、无线电干扰和阳光的影响。pir传感器304可以具有用相反极化串联连接的两个感测元件（一个双pir传感器），以抵消振动、温度变化和阳光的影响。通过具有两个感测元件，穿过pir传感器304的感测区域（通常称为“视场”）的主体将激活第一感测元件，然后是另一感测元件（待检测的ir辐射将每次仅由一个感测元件吸收，由此避免消除）。因此，两个感测元件的输出电流将从零变为正，然后变为零，变为负，并返回到零。ir辐射的其他源将同时影响两个感测元件，并被消除。具有四个感测元件的pir传感器（一个四pir传感器）以相同的原理工作，以消除上面提到的其它ir辐射源。也就是说，pir传感器304可以具有串联连接的四个感测元件，其中第一对感测元件（用相反极化串联连接）与第二对感测元件（用相反极化串联连接）相反极化地串联。
pir传感器304的输出通常为毫伏量级，并因此被供应给放大器306。放大器306被布置成接收pir传感器304的输出信号并生成放大的输出信号（s1）。滤波器308接收放大的输出信号并执行滤波以在输出线312上提供无源红外传感器系统300的输出（s2）。图3所示的滤波器308是带通滤波器。
组合电源电压的ac分量导致pir传感器304的（多个）热电感测元件的陶瓷材料的机械移动。该机械移动诱发交流电流经（多个）热电感测元件。因此，（多个）热电感测元件以非常少量的能量连续地充电和放电。这种技术在本文中被称为“摆动（wobble）”。由于（多个）热电感测元件中的能量连续变化的事实，在（多个）热电感测元件中积聚静态能量的概率以及由此发生爆米花噪声的概率显著降低。
ac电压源302供应的组合电源电压的ac分量具有的幅度和频率是在其将被滤波器308滤除的量级。也就是说，滤波器308被配置成对组合电源电压的ac分量的该频率进行衰减。
带通滤波器308的高通滤波器组件用于滤除（多个）热电感测元件的dc偏移，并且带通滤波器308的低通滤波器组件用于抑制较高频率处的噪声。带通滤波器308的通带是实际检测处于（即当占有者在房间中存在时）的频率范围。选择“摆动”频率（ac电压的频率），使得其不干扰pir传感器304的正常检测且存在于带通滤波器308的较低或较高频率范围内，使得它将被带通滤波器308滤除。
虽然在上述实施例中，通过向pir传感器304施加具有ac电压分量的电压来实现（多个）热电感测元件的充电和放电。发明人已经发现，这也可以通过将加热元件连接到ac电压源310而改变加热元件（例如电阻器）的温度来实现。
参照图4a描述本公开的第二实施例。图4a图示了无源红外传感器系统400。
在无源红外传感器系统400中，dc电压源302向pir传感器304供应dc电压（v）。在该实施例中，ac电压源310不与dc电压源302串联连接。与无源红外传感器系统400中的pir传感器304的输出连接的部件与上面那些参照图3所示的无源红外传感器系统300所描述的相同，并因此不重复这些的说明。
如本领域中所熟知的那样，pir传感器304通常包括并联（多个）热电感测元件的电阻器402和用于缓冲（buffer）（多个）热电感测元件的极高阻抗的晶体管。
在该实施例中，pir传感器304的内部电阻器402对应于上述加热元件。具体地，如图4a所示，ac电压源310供应跨pir传感器304的内部电阻402两端的ac电压。通过将由ac电压源310生成的ac电压施加到内部电阻器402，内部电阻器402的温度以三角形（delta）温度和频率来变化。由于内部电阻器402被物理地定位为接近pir传感器304的（多个）热电感测元件，所以内部电阻器402的温度变化导致（多个）热电感测元件的充电和放电，并因此减小了发生爆米花噪声的概率。
在该实施例中，由ac电压源310产生的ac电压具有的幅度和频率是在其将被滤波器308滤除的量级。也就是说，滤波器308被配置成对ac电压源310产生的ac电压的频率进行衰减。
参照图4b描述本公开的第三实施例。图4b图示了无源红外传感器系统450。
在无源红外传感器系统450中，dc电压源302向pir传感器304供应dc电压（v）。在该实施例中，ac电压源310不与dc电压源302串联连接。与无源红外传感器系统450中的pir传感器304的输出连接的部件与上面那些参照图3所示的无源红外传感器系统300描述的相同，并因此不重复对这些的描述。
在该实施例中，pir传感器304的外部的电阻器452对应于上述加热元件。具体地，如图4b所示，ac电压源310供应跨外部电阻452两端的ac电压。通过将由ac电压源310生成的ac电压施加到外部电阻器452，外部电阻器452的温度以三角形温度和频率来变化。假如外部电阻器452被物理地定位为接近pir传感器304的（多个）热电感测元件，则外部电阻器452的温度变化导致（多个）热电感测元件的充电和放电，并因此减小了发生爆米花噪声的概率。这可以通过以下方式实现：将外部电阻器452安装在印刷电路板（pcb）上的某位置，使得其足够接近pir传感器304，使得外部电阻器452的温度变化具有上述效果。
在该实施例中，由ac电压源310产生的ac电压具有的幅度和频率是在其将被滤波器308滤除的量级。也就是说，滤波器308被配置成对ac电压源310产生的ac电压的频率进行衰减。
虽然已经参考电阻器452描述了无源红外传感器系统450中的加热元件，但是该实施例不限于这样的加热元件，并且可以使用本领域技术人员公知的其它类型的加热元件（例如热箔）。
现在参考图5，图5图示了正弦ac电压源310的信号s1（放大器306的输出）和s2（滤波器308的输出）的示例。如图5所示，由ac电压源310注入的正弦波被滤波器308滤除。
发明人已经在具有摆动和没有摆动的情况下对本文描述的各种无源红外传感器系统进行了测试，以提供该技术有效性的证据。这些测试的结果表明95％置信度的mtbf（平均故障间隔时间）已经被改善到约3倍。
“95％置信度mtbf”值是指下单边置信界限（lowerone-sidedconfidencebound）mtbf，其可以根据以下方程式计算：
其中：
mtbf=平均误报间隔时间
t=总测试时间（小时）
r=误报总数
α=可接受的错误风险
1-α=置信水平（有95％的置信水平，α=1-0.95=0.05）
χ=卡方分布（chi-squareddistribution）的右尾概率的倒数
从这些测试结果很明显，摆动对由于爆米花噪声引起的误报量有积极的影响。
现在参考图6，其示出了照明器600的示意性框图。
照明器600包括上述无源红外传感器系统300、400、450中的任何一个、检测器602和至少一个光源604。
无源红外传感器系统300、400、450的输出线312被供应给检测器602。检测器602被配置成基于在线312上接收的无源红外传感器系统的输出来检测pir传感器304的感测区域中的运动，并基于检测到的运动来控制所述至少一个光源。具体地，检测器602通过向（多个）光源发送合适的控制信号来控制从（多个）光源发射的光量。例如，当检测器602未在pir传感器304的感测区域中检测到运动时，检测器602可以控制（多个）光源，使得不从（多个）光源发射光，并且当在pir传感器304的感测区域中检测到运动时，检测器602可以控制（多个）光源，使得从（多个）光源发射光达预定的时间段。
检测器602的功能性可以用存储在包括一个或多个存储媒体的存储器上的代码（软件）来实现，并被布置成在包括一个或多个处理单元的处理器上执行。代码被配置成使得当从存储器取装并且在处理器上执行时，如上所述地进行操作。备选地，不排除检测器602的功能性的一些或全部用专用硬件电路（其示例在本领域中是众所周知的，因此在本文中不详细描述）或如fpga的可配置硬件电路实现。
至少一个光源可以包括任何合适的光源，例如高/低压气体放电光源、激光二极管、无机/有机发光二极管（led）、白炽光源或卤素光源。光源可以是单个光源，或可以包括多个光源，例如，多个led可以例如形成光源的阵列来共同地作为单个光源操作。
根据对附图、本公开内容和所附权利要求的研究，本领域的技术人员在实践要求保护的发明时可以理解并实现对公开的实施例的其它变化。在权利要求中，单词“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中所述的若干项目的功能。仅仅是在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的事实并不表明这些措施的组合不能被用来获益。计算机程序可以在合适的介质上，诸如在随其它硬件一起提供的或作为其它硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质上储存/分发，但是也可以以其它形式分发，诸如经由互联网或其它有线或无线电信系统分发。不应将权利要求中的任何参考标号解释为限制其范围。