本發(fā)明涉及紅外檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種人體紅外感應(yīng)裝置。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的熱釋電式紅外人體感應(yīng)模塊中，通常會采用延時控制芯片來實現(xiàn)燈具、自動門等外設(shè)在一定連續(xù)時間內(nèi)持續(xù)工作的。由于具體實際情景中人們活動需求照明時間、自動門打開時間、水龍頭流水時間等的不確定性，而延時控制芯片的延時參數(shù)完全取決于延時電容的大小，故熱釋電式紅外人體感應(yīng)模塊一經(jīng)安裝后，就很難調(diào)整延時參數(shù)，延時過長不利于節(jié)能環(huán)保及自動控制，延時過短又容易頻繁地開關(guān)外設(shè)，給人們活動造成不便，又影響外設(shè)工作壽命。同時，熱釋電式紅外人體感應(yīng)模塊還需要裝設(shè)明暗場菲涅爾鏡片斬波裝置，在傳感器前方產(chǎn)生一個交替變化的“盲區(qū)”和“可見區(qū)”，當(dāng)有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外輻射才會間斷地被熱釋電元件接收到，從而使其電荷極性不斷轉(zhuǎn)換，得以輸出脈沖信號，故而不能檢測靜止或動作幅度不大的人體紅外輻射信號。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種能夠靜止或動作幅度不大的人體紅外輻射信號的人體紅外感應(yīng)裝置。

一種人體紅外感應(yīng)裝置，包括：電源模塊、電性連接所述電源模塊的感應(yīng)模塊本體及熱堆式探頭模塊，所述熱堆式探頭模塊包括用于接收紅外輻射的紅外光學(xué)接收組件及熱堆紅外傳感器，所述熱堆紅外傳感器包括熱電堆芯片及與所述熱電堆芯片電性連接的熱敏電阻芯片，其中：

所述紅外光學(xué)接收組件將接收的紅外輻射形成光斑并聚焦于所述熱電堆芯片上，所述熱電堆芯片接收所述光斑后形成連續(xù)輸出的電壓信號，所述熱敏電阻芯片在電路中回路中形成分壓信號；

所述感應(yīng)模塊本體根據(jù)所述電壓信號及分壓信號，運算所述熱電堆芯片和熱敏電阻芯片是否有由紅外輻射造成的溫度差，從而判斷周圍空間是否存在人體。

在一些較佳實施例中，所述電源模塊為220V市電轉(zhuǎn)換得到的低壓直流電或者為USB接口輸出的低壓直流電或者為可充電鋰離子或者為鋰聚合物電池輸出的低壓直流電或者為若干個干電池輸出的低壓直流電。

在一些較佳實施例中，所述感應(yīng)模塊本體包括低通濾波電路、運算放大芯片、信號處理芯片、控制芯片、溫度抵償電路、通訊芯片、外設(shè)接口和繼電器，所述電壓信號依次經(jīng)所述低通濾波電路、運算放大芯片、信號處理芯片及所述控制芯片后通過外接接口連接外接設(shè)備；所述分壓信號依次經(jīng)所述溫度抵償電路、運算放大芯片、信號處理芯片及通訊芯片后通過外接接口連接外接設(shè)備。

在一些較佳實施例中，所述光學(xué)接收組件包括沿所述紅外輻射光線傳播方向設(shè)置的若干個菲涅耳透鏡及若干個聚焦透鏡。

在一些較佳實施例中，所述光學(xué)接收組件還包括若干個平面或者雙曲面的反射鏡，所述反射鏡用于將所述紅外輻射光線反射至所述菲涅耳透鏡上。

在一些較佳實施例中，所述熱堆式探頭模塊還包括熱絕緣防干擾組件，所述熱絕緣防干擾組件包括設(shè)置于底端的引腳墊片及固定所述菲涅耳透鏡及聚焦透鏡的管套，所述引腳墊片為塑料或者陶瓷材料，所述管套為金屬或者塑料或者陶瓷材料，所述套管表面鍍有紅外光學(xué)吸收或者反射材料。

在一些較佳實施例中，所述熱堆紅外傳感器還包括紅外濾光片，經(jīng)所述紅外濾光片過濾后的光斑聚焦于所述熱電堆芯片上，所述紅外濾光片為鍍有紅外光學(xué)鍍膜材料的硅或者鍺或者藍寶石或者石英玻璃的紅外濾光片。

在一些較佳實施例中，所述熱電堆芯片由熱電偶相互串聯(lián)起來構(gòu)成，所述熱電偶由帶空腔的硅襯底上的若干塊接收面上的若干對多晶硅與鋁或者賽貝克系數(shù)差較大的半導(dǎo)體材料制成的，所述熱電偶的熱端放置在所述硅襯底空腔頂部的薄膜結(jié)構(gòu)上，所述熱電偶的冷端放置在硅襯底導(dǎo)熱側(cè)壁上。

在一些較佳實施例中，所述熱敏電阻芯片由負(fù)溫度電阻系數(shù)的材料制成，所述熱敏電阻芯片與封裝外殼和/或底座用熱導(dǎo)材料連接，所述熱敏電阻芯片的電阻值在電路中的分壓電壓值隨所述封裝殼內(nèi)的溫度改變而化。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，其有益效果在于：

本發(fā)明提供的人體紅外感應(yīng)裝置，所述熱電堆芯片接收所述光斑后形成連續(xù)輸出的電壓信號，所述熱敏電阻芯片在電路中回路中形成分壓信號，所述感應(yīng)模塊本體根據(jù)所述電壓信號及分壓信號，運算所述熱電堆芯片和熱敏電阻芯片是否有由紅外輻射造成的溫度差，從而判斷周圍空間是否存在人體，避免使用了靈活度差的延時控制芯片以及預(yù)先對延時參數(shù)的估算，提高了人體感應(yīng)的準(zhǔn)確性和使用便利性；無需明暗場菲涅爾鏡片斬波裝置，降低了模塊的復(fù)雜程度，提高可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的人體紅外感應(yīng)裝置的原理示意圖。

圖2為本發(fā)明較佳實施例提供的所述熱堆式探頭模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明較佳實施例提供的熱堆紅外傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明較佳實施例提供的人體紅外感應(yīng)裝置的工作原理圖。

圖5為本發(fā)明實施例1提供的電路原理圖。

圖6為本發(fā)明實施例2提供的電路原理圖。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳的實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。

請參閱圖1，為本發(fā)明提供的一種人體紅外感應(yīng)裝置100的原理示意圖，包括：電源模塊110、電性連接所述電源模塊的感應(yīng)模塊本體120及熱堆式探頭模塊130。以下詳細(xì)說了各個部件的具體方案。

在一些優(yōu)選的實施例中，所述電源模塊為220V市電轉(zhuǎn)換得到的低壓直流電或者為USB接口輸出的低壓直流電或者為可充電鋰離子或者為鋰聚合物電池輸出的低壓直流電或者為若干個干電池輸出的低壓直流電。

請參閱圖2及圖3，分別為所述熱堆式探頭模塊及熱堆紅外傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，所述熱堆式探頭模塊130包括用于接收紅外輻射的紅外光學(xué)接收組件131及熱堆紅外傳感器132。所述熱堆紅外傳感器132包括熱電堆芯片1321及與所述熱電堆芯片1321電性連接的熱敏電阻芯片1322。

具體地，所述紅外光學(xué)接收組件131將接收的紅外輻射形成光斑并聚焦于所述熱電堆芯片1321上，所述熱電堆芯片1321接收所述光斑后形成連續(xù)輸出的電壓信號，所述熱敏電阻芯片1322在電路中回路中形成分壓信號；所述感應(yīng)模塊本體120根據(jù)所述電壓信號及分壓信號，運算所述熱電堆芯片1321和熱敏電阻芯片1322是否有由紅外輻射造成的溫度差，從而判斷周圍空間是否存在人體。

請一并參閱圖4，所述感應(yīng)模塊本體120包括低通濾波電路、運算放大芯片、信號處理芯片、控制芯片、溫度抵償電路溫度抵償電路、通訊芯片、外設(shè)接口和繼電器，所述電壓信號依次經(jīng)所述低通濾波電路、運算放大芯片、信號處理芯片及所述控制芯片后通過外接接口連接外接設(shè)備；所述分壓信號依次經(jīng)所述溫度抵償電路、運算放大芯片、信號處理芯片及通訊芯片后通過外接接口連接外接設(shè)備。

請再參閱圖2，在一些優(yōu)選的實施例中，所述光學(xué)接收組件131包括沿所述紅外輻射光線傳播方向設(shè)置的若干個菲涅耳透鏡1311及若干個聚焦透鏡1312。

進一步地，所述光學(xué)接收組件131還可以包括若干個平面或者雙曲面的反射鏡1313，所述反射鏡1313用于將所述紅外輻射光線反射至所述菲涅耳透鏡1311上?？梢岳斫?，在所述反射鏡1313的作用下，可以將紅外輻射光盡可能的反射至所述菲涅耳透鏡1311上，提高探測效率。

請再參閱圖2，所述熱堆式探頭模塊130還包括熱絕緣防干擾組件133，所述熱絕緣防干擾組件133包括設(shè)置于底端的引腳墊片1331及固定所述菲涅耳透鏡及聚焦透鏡的管套1332，所述引腳墊片1331為塑料或者陶瓷材料，所述管套1332為金屬或者塑料或者陶瓷材料，所述套管表面鍍有紅外光學(xué)吸收或者反射材料。

請再參閱圖3，所述熱堆紅外傳感器132還包括紅外濾光片1323，經(jīng)所述紅外濾光片1323過濾后的光斑聚焦于所述熱電堆芯片1321上，所述紅外濾光片1323為鍍有紅外光學(xué)鍍膜材料的硅或者鍺或者藍寶石或者石英玻璃的紅外濾光片。

可以理解，紅外光學(xué)接收組件131接收到的紅外輻射經(jīng)所述反射鏡1313反射或直接照到菲涅耳透鏡1311和/或聚焦鏡片1312匯聚成光斑，經(jīng)過所述紅外濾光片1323進行光學(xué)濾波處理，減少環(huán)境光的影響。

在一些優(yōu)選的實施例中，所述熱電堆芯片1321由熱電偶(圖未示)相互串聯(lián)起來構(gòu)成，所述熱電偶由帶空腔的硅襯底上的若干塊接收面上的若干對多晶硅與鋁或者賽貝克系數(shù)差較大的半導(dǎo)體材料制成的，所述熱電偶的熱端放置在所述硅襯底空腔頂部的薄膜結(jié)構(gòu)上，所述熱電偶的冷端放置在硅襯底導(dǎo)熱側(cè)壁上。

可以理解，當(dāng)體表溫度為t的人體出現(xiàn)在所述熱堆探頭模塊130的探測區(qū)域內(nèi)時，會輻射出波長為λ＝ηt⁴的紅外能量，當(dāng)所述光斑聚焦到所述熱電堆芯片1321上時，所述薄膜結(jié)構(gòu)就吸收紅外輻射能量E₀＝hc/λ從而升溫Δt，所述熱電偶的冷、熱端之間就產(chǎn)生溫度差ΔT，所述熱電偶的正負(fù)極間就會產(chǎn)生熱電動勢V_n，所述熱電堆的正負(fù)極間就得到若干個串聯(lián)起來的熱電偶的熱電動勢之和V_total＝V₁+V₂+…+V_n，所述熱電動勢之和是連續(xù)輸出的電壓信號。

在一些優(yōu)選的實施例中，所述熱敏電阻芯片1322由負(fù)溫度電阻系數(shù)的材料制成，所述熱敏電阻芯片與封裝外殼和/或底座用熱導(dǎo)材料連接，所述熱敏電阻芯片的電阻值在電路中的分壓電壓值隨所述封裝殼內(nèi)的溫度改變而化。

可以理解，連續(xù)輸出的電壓信號，正比于熱電堆芯片冷熱端之間的溫度差；冷端溫度與熱敏電阻芯片(即環(huán)境空氣溫度一致)，熱端溫度正比于所吸收紅外輻射來源的待測物體表面溫度，在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中分別為探測區(qū)域背景溫度和人體表溫度，即連續(xù)電壓信號正比于待測物體表面與環(huán)境空氣之間的溫度差。

請再參閱圖4，可以理解，在所述電壓信號依次經(jīng)所述低通濾波電路、運算放大芯片、信號處理芯片及所述控制芯片后及所述分壓信號依次經(jīng)所述溫度抵償電路、運算放大芯片、信號處理芯片及通訊芯片后；所述感應(yīng)模塊本體120根據(jù)所述電壓信號及分壓信號，運算所述熱電堆芯片1321和熱敏電阻芯片1322是否有由紅外輻射造成的溫度差，從而判斷周圍空間是否存在人體，繼而根據(jù)預(yù)設(shè)程序通過所述繼電器和/或通訊芯片及電性外設(shè)接口控制外接設(shè)備。

環(huán)境空氣溫度在一定范圍內(nèi)改變只會影響所述熱電堆芯片電壓信號和所述熱敏電阻芯片分壓信號，不會引起運算得到的大電壓信號變化，而通過選擇合適的所述感應(yīng)模塊本體中后級控制部分的電路元件參數(shù)值，將觸發(fā)控制動作的閾值設(shè)定為人體表溫度對應(yīng)的運算得到的大電壓信號。

本發(fā)明提供的人體紅外感應(yīng)裝置，所述熱電堆芯片1321接收所述光斑后形成連續(xù)輸出的電壓信號，所述熱敏電阻芯片1322在電路中回路中形成分壓信號，所述感應(yīng)模塊本體120根據(jù)所述電壓信號及分壓信號，運算所述熱電堆芯片和熱敏電阻芯片是否有由紅外輻射造成的溫度差，從而判斷周圍空間是否存在人體，避免使用了靈活度差的延時控制芯片以及預(yù)先對延時參數(shù)的估算，提高了人體感應(yīng)的準(zhǔn)確性和使用便利性；無需明暗場菲涅爾鏡片展波裝置，降低了模塊的復(fù)雜程度，提高可靠性。

以下為具體實施例部分：

實施例1

第一種方式如圖5，采用5V直流電源供電，電源適配器接口可以選用標(biāo)準(zhǔn)microUSB母口，以方便供電；當(dāng)感應(yīng)區(qū)域內(nèi)存在紅外輻射信號時，熱電堆芯片吸熱產(chǎn)生熱電動勢，從Sensor的1、3引腳輸出小電壓信號V_total，V_total經(jīng)R1和C1，R2和C2構(gòu)成的RC電路，初步過濾掉高頻噪聲信號后，再經(jīng)過IC1芯片過濾去除共模噪聲信號，同時在IC1進行運算放大后輸出電壓g₁*V_total，放大倍率g1由R2/R1決定；熱敏電阻的分壓信號V_NTC從Sensor的2、4引腳輸出，經(jīng)R7和C5構(gòu)成的RC電路，初步過濾掉高頻噪聲信號后，由IC2對g₁*V_total和V_NTC進行差分比較運算，輸出電壓信號ΔV＝g₁*V_total-V_NTC，反映出被測目標(biāo)物體表面與環(huán)境間的溫度差ΔT＝a*ΔV，溫差電壓系數(shù)a由Sensor和IC的電子參數(shù)決定；通過選取合適參數(shù)的電子元件，使得ΔV能夠驅(qū)動三極管Q1，從而導(dǎo)通繼電器的1、2引腳，繼電器3、4引腳斷開，4、5引腳閉合，繼而控制外接設(shè)備工作；或者ΔV經(jīng)過控制芯片IC3(示意圖中未包含)直接進行運算，判斷出所述熱電堆芯片和熱敏電阻芯片是否有由紅外輻射造成的溫度差，從而推斷出感應(yīng)模塊周圍空間的不同方向上是否存在人體，繼而根據(jù)預(yù)設(shè)程序通過所述繼電器和/或通訊芯片IC4(示意圖中未包含)及外設(shè)接口J1(示意圖中未包含)控制外接設(shè)備工作。由于電路連續(xù)工作產(chǎn)生熱量累積會造成升溫，在本實施例中加入了正溫度電阻系數(shù)的電阻R6與熱堆紅外傳感器中的熱敏電阻芯片組成溫度抵償電路，模塊電路升溫后，兩者的分壓電壓一個增加，一個減小，選擇合適的參數(shù)值，可以在一定溫度漂移范圍內(nèi)相互抵消，從而增強了長時間連續(xù)工作的穩(wěn)定性。

實施例2

第一種方式如圖6，與實施例1不同之處在于繼電器采用12V直流電源供電，電源適配器接口可以選用標(biāo)準(zhǔn)3.5mm電源母口，以適用于大功率外接設(shè)備的使用場景，這里不再贅述。

以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。