Zasada działania na podczerwień i wykorzystanie oświetlenia LED
Spektroskopia w podczerwieni
Światło, które ludzie widzą gołym okiem, nazywa się światłem widzialnym, a długość fali światła widzialnego wynosi 380-750 nm. Kolejność długości fali światła widzialnego od krótkiego do długiego to światło fioletowe → światło niebieskie → światło cyjan → światło zielone → światło żółte → światło pomarańczowe → światło czerwone. Światło o większej długości fali niż światło czerwone nazywane jest światłem podczerwonym lub światłem podczerwonym (podczerwień). Światło podczerwone to światło, którego ludzie nie mogą zobaczyć gołym okiem.
Rozkład długości fal części światła jest następujący:
Światło fioletowe (O.40～0.43μm); niebieskie światło (0,43～0,47μm); światło cyjan (0,47～0,50μm); zielone światło (0,50～0,56μm); żółte światło (0,56～0,59μm); pomarańczowe światło (0,59～0,62μm); czerwone światło (0,62～0,76μm); podczerwień (0,76～1000μm); światło podczerwone można podzielić na:
1. Bliska podczerwień (760～3000nm); 2. Średnia podczerwień (3000～60000rim); 3. Daleka podczerwień (6000～150000nm).
Każdy obiekt o temperaturze w naturze będzie emitować promienie podczerwone, ale długości fal promieniowanych promieni podczerwonych są różne. Według eksperymentów długości fal podczerwonych (energii) wypromieniowywane przez ludzkie ciało skupiają się głównie na około 10 000 nm. Zgodnie z charakterystyką długości fali podczerwieni ludzkiego ciała, jeśli używane jest urządzenie wykrywające, można wykryć podczerwień emitowaną przez ludzkie ciało i usunąć inne niepotrzebne fale świetlne.
Cel wykrywania informacji o działalności człowieka może zostać osiągnięty. Dlatego pojawił się produkt czujnikowy, który wykrywa promienie podczerwone ludzkiego ciała. Czujnik podczerwieni ludzkiego ciała wykonany jest zgodnie z zasadą piroelektryczności.
Zasada piroelektryczna
Czujnik podczerwieni ludzkiego ciała jest rodzajem produktu wykrywającego wykonanego przy użyciu zasady efektu piroelektrycznego. Jaki jest efekt piroelektryczny? Jest to zjawisko, w którym w wyniku zmian temperatury powstają ładunki elektryczne.
W celu wyraźnego zilustrowania pojawia się również efekt piroelektryczny. Zilustruj diagramem.
Figura 1 jest schematycznym wykresem krzywej zmiany temperatury: Figura 2 jest schematycznym wykresem krzywej stanu zmiany ładunku powierzchni czujnika spowodowanej zmianą temperatury; Figura 3 jest schematycznym wykresem krzywej wyjściowej zmiany napięcia spowodowanej zmianą ładunku powierzchni czujnika.
W początkowej fazie (T) z rys. 1 temperatura piroelektrycznego czujnika podczerwieni nie zmienia się bez promieniowania podczerwonego, ładunek na powierzchni czujnika jest w stanie zneutralizowanym, a elektrony dodatnie i ujemne są równe (A ). W tej chwili czujnik nie ma wyjścia (0). Rysunek l Drugi etap (T+△T), gdy następuje zmiana temperatury. Pod wpływem promieniowania podczerwonego ludzkiego ciała, jeśli temperatura piroelektrycznego czujnika podczerwieni wzrośnie o △T, ładunek na powierzchni czujnika zmieni się odpowiednio, jak pokazano na rysunku 2 (B). Jeśli zmiana temperatury wynosi △T, odpowiednia zmiana ładunku spowoduje zmianę △V. Dlatego czujnik wyprowadza △V. W miarę upływu czasu powierzchnia czujnika ponownie adsorbuje jony w powietrzu i znosi się nawzajem, aby osiągnąć stan zneutralizowany, jak pokazano na rysunku 2c. W tym czasie czujnik powraca do stanu braku wyjścia (O). Jak pokazano na rysunku 3.
Gdy temperatura spada, temperatura powraca do stanu pierwotnego (T), a jej stan swobodnej polaryzacji pokazano na rysunku 2D. Ponieważ proces obniżania i zmiany temperatury (relatywnie rzecz biorąc) jest przeciwny do wzrostu temperatury, proces zmiany ładunku na powierzchni czujnika jest dokładnie odwrotny do procesu zmiany, gdy wzrasta, co jest procesem odwrotnym.
W związku z tym sygnał wyjściowy czujnika wynosi △V, jak pokazano na rysunku 3. W ten sam sposób, w miarę upływu czasu, powierzchnia czujnika ponownie adsorbuje jony w powietrzu, a sygnał wyjściowy czujnika znowu będzie zero.
Sygnał wyjściowy czujnika' dla całego procesu wykrywania informacji o aktywności człowieka pokazano na rysunku 3. Nietrudno zauważyć na schemacie wyjściowym czujnika, że sygnał wyprowadzany przez działanie czujnika na aktywność człowieka jest kompletnym przebiegiem. W eksperymencie. Jeśli sygnał zostanie wzmocniony przez wzmacniacz, a następnie obserwowany oscyloskopem, będzie to impuls dodatni i impuls ujemny. Innymi słowy, sygnał ruchu wykrywany przez wyjście czujnika jest podobny do pełnego sygnału impulsowego 1 Hz.
Czujnik podczerwieni
W czujniku piroelektrycznym w przeszłości stosowano czujnik jednoelementowy. Ponieważ czujnik jednoelementowy jest bardziej podatny na takie czynniki, jak światło rozproszone, efekt aplikacji jest stosunkowo słaby. Dlatego obecnie powszechnie stosuje się czujniki dwuelementowe. Ten typ czujnika ma następujące zalety:
1. Ma cechy wysokiej czułości.
2. Dwa urządzenia jednostki są połączone odwrotnie. W związku z tym promienie podczerwone wprowadzone w tym samym czasie znoszą się nawzajem i nie ma wyjścia. Zwiększa to stabilność na zewnętrzne światło rozproszone, zmiany temperatury otoczenia i efekty zewnętrznych wibracji (patrz Rysunek 5).
Ze względu na niezwykle wysoką impedancję wejściową piroelektrycznego czujnika podczerwieni, bardzo łatwo jest wprowadzić szum.
Dlatego konieczne jest wykonanie na czujniku obróbki ekranowania elektromagnetycznego, aby przyjąć metalową obudowę i uziemić powłokę. W ten sposób można osiągnąć cel ekranowania szumu zakłócającego.
W naturze energia cieplna emitowana przez wszystkie obiekty jest proporcjonalna do ich własnej temperatury. Im wyższa temperatura obiektu, tym krótsza jest szczytowa długość fali jego wypromieniowanej energii cieplnej. Ciało ludzkie o temperaturze 36-37°C promieniuje promieniami podczerwonymi o szczytowej energii cieplnej około 900-1000nm. Dlatego obecność lub nieobecność ludzkiego ciała można wykryć za pomocą piroelektrycznego czujnika podczerwieni.
Aby uniknąć wpływu światła słonecznego i oświetlenia w procesie monitorowania obecności lub nieobecności ludzkiego ciała, zazwyczaj na powierzchnię piroelektrycznego czujnika podczerwieni dodaje się filtr. Jednocześnie, ponieważ ludzkie ciało porusza się powoli, konieczne jest również noszenie wysokowydajnej, skupiającej soczewki Fresnela i innych akcesoriów, które mogą zaspokoić rzeczywiste potrzeby użytkowania.
