运动传感器或 PIR 传感器的工作原理

现代世界充满了当它们感觉到人类运动时就会兴奋的小玩意儿。电梯和购物中心的自动门、住宅和商店的防盗警报器、自动照明系统、洗手间的电子设施只是人类存在或不存在将设备置于主动或被动状态的几个例子。聪明，对吧？现在，如果我们告诉您，在这种对运动的智能响应背后是一个尺寸甚至达不到 2 厘米标记的小发明，您会怎样？这种小型电子设备被称为热释电或被动红外传感器（PIR，在这两种情况下）。

每个温度高于完美零的物体都会以辐射的形式释放热能（热）。我们，智人，一天中的所有时间都以 9-10 微米的波长辐射。PIR 传感器经过调谐以检测此红外波长，该波长仅在人类到达其附近时才会发出。术语“热电”的意思是：产生电的热量（这里是小振幅的电信号）。由于这些传感器没有自己的红外线源，因此也称为被动式。

PIR 传感器如何选择性地响应人体辐射的 IR？这个传感器可以工作到什么范围？这个传感器内部是什么让它工作的？这以及此 Insight on PIR 传感器中更多问题的答案。为这款Insight增添更多魅力的是，所采用的Panasonic 10m传感器也是迄今为止市售的最小的PIR传感器之一。

图 1：松下 10 毫米红外传感器的图像

图 2：传感器外壳图像

图片 02 显示了一个 Panasonic 10m 传感器：PIR 传感器单元封装在一个塑料室内。该腔室是半透明的，带有蜂巢状盖子，底部有一个开口，传感器的焊料浸渍腿从该开口伸出。

图 3：显示蜂巢结构和传感器顶部区域弯曲部分的图像

在仔细观察传感器的顶部区域时，可以看到蜂巢结构和弯曲的部分。这些弯曲的部分是菲涅尔透镜，它们构成了一个阵列，增加了传感器的检测区域。众所周知，菲涅耳透镜阵列可以捕获更多的红外辐射并将其聚焦到相对较小的点。检测更稳定，最大检测距离也增加了。菲涅耳透镜被制作成半透明的，因此它只能捕获红外辐射，而不会从可见光谱中获得不需要的辐射。

菲涅耳透镜的数量在阵列中可以变化，该传感器共有 20 个透镜。

图 4：PIR 传感器的内部设置

图 5：PIR 传感器的形状和结构

菲涅耳阵列负载帽紧紧地放置在塑料成型件的底部区域上。但是，没有闩锁机构来固定它，这让人很想从塑料组件中撬出菲涅尔透镜阵列。菲涅尔透镜阵列下方是 PIR 传感器，它牢固地放置在塑料成型件中。传感器的放置至关重要，因为它应该接收来自透镜阵列的最大量红外辐射。因此，它被放置在模制件的中心，最大辐射会聚在该处。

图 6：传感器的红外滤光片

传感器顶部是红外滤光片。看起来更像方形玻璃，此滤光片选择传感器需要响应的所需波长。由于该传感器旨在检测人体存在，因此选择的波长为 8 微米至 14 微米，这是人体辐射电磁射线的范围。

图 7：传感器设计规格

传感器主体为TO5金属罐结构。TO5 是一种基于行业的标准，用于封装各种小型模块，例如晶体管、传感器等。TO5 金属外壳可防止内部电路受到外部影响，例如振动或噪声，这些影响会干扰电路的正常工作。

图 8：PIR 传感器的 PCB

打开传感器的盖子可以看到一个小型 PCB，其中装有传感模块、放大器和比较器电路。图 09 显示了放置传感元件的 PCB 顶部。传感元件通常由铁电陶瓷（含铅）或钽酸锂（无铅）制成。为了增加信号接收功率，采用了多个传感元件。该传感器为四边形，具有 4 个连接成阵列的传感元件。

红外线在穿过滤光片后撞击该传感元件，从而产生电荷。产生的电荷量与落在元件上的光线量成正比。

图 9：PCB 的放大器和比较器

电荷产生后，它被传递到放大器电路，从放大器电路传输到比较器。进一步嵌入该 PCB 的是放大器和比较器。以前，这两个电路包含在外部电路中；但是，将它们包含在传感器模块中可使电路更加紧凑。由于这两个电路已经针对 IR 辐射光谱进行了预定义，因此结果往往更加准确和精确。

比较器用于那些提供数字输出的传感器模块，就像这里的那个。

图 10：底板及其组件

图 11：处理器单元和嵌入式电阻器

基板和传感器的其余结构是场效应晶体管 FET。即使产生的电荷被放大，它仍然设法产生仅 1mV 量级的电压。FET 可以在如此低的电压下工作，并且可以轻松地将电压传输到连接传感器的处理器单元。

图 10 的底板细节，而图 11 显示了带有几个电阻器的处理器单元。

图 12：PIR 传感器多功能连接线

正如人们所预料的那样，在传感器的底部是连接线。在这个传感器中，它们执行多项任务：允许焊接传感器、处理小功率需求并将输出发送到处理单元。

图 12 显示了连接引线放置的细节，其排列方式与 JFET 中的排列方式相同。每根导线的具体功能如图所示。