热释电红外人体信号探测器的研制及其性能分析
1. 文献综述
热释电红外人体信号探测器作为制药工程中最常见的装置之一,它具有功耗低、性能稳定、成本低廉及良好的环境适应性等优点,在药物分析、测温和灭菌等领域有着广泛的应用。
1800年英国物理学家赫胥尔从热的观点来研究各单色光时发现了红外线。在电磁波谱中，红外线的波长介于红光和微波之间。波长在0.77～3微米的红外线为近红外区；3～30微米为中红外区；30～1000微米为远红外区。红外线易被物体吸收，并转化为物体的内能，且不容易发生散射，具有较强的穿透能力，因此红外线具有广泛的用途。军事上常用红外探测器来探测目标；通信设备上利用其进行红外通信；在药学分析领域中，利用红外分光光度法可以对药物进行定性鉴别、结构分析和定量分析等，并由此设计了红外分光光度计，在药物结构分析方面发挥了巨大的用途；在制药设备方面，红外线也扮演了重要角色，红外压片机、红外线测温仪、红外灭菌器等设备都是利用红外线原理设计使用的。
1938年就有人建议利用热释电效应原理制造红外探测器,直到1962年,J.库珀才对红外效应作了详细分析，并制成红外探测器,从此拉开了红外报警的序幕。热释电型探测器所利用的是温度变化率，因而能探测快速变化的辐射信号,从而使得探测温度更加灵敏、快捷，而其他热敏型红外探测器则利用响应元的温度升高值来测量红外辐射，响应时间取决于新的平衡温度的建立过程，时间比较长，不能测量快速变化的辐射信号，故热释电型探测器具有更广泛的用途。
热释电红外探测器由有两个关键性的元件所组成：热释电红外传感器和菲涅尔透镜。热释电红外传感器作为热释电红外探测器的核心，主要是由高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。本实验将采用D203S传感器即通用双元热释电红外线感测器D203S，与其他类型传感器不同，它采用双灵敏元互补的方法抑制温度变化产生的干扰，提高了感测器的工作稳定性。热释电传感器对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此在热释电红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，故不会产生反应；当人体进人警戒区，人体信号通过菲涅尔透镜传递至热释电红外感应器，感应器感应到人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的原理就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。
为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测的距离，一般在探测器前方安装一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。菲泥尔滤光片根据性能要求的不同，具有不同的焦距，从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密，监控效果也越好。菲涅尔透镜有两个作用:一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射或反射在热释电红外探测器上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，它使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在热释电红外探测器上产生变化的红外信号，这样热释电红外探测器就能产生变化的电信号。
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