产品和实践系列17:菲涅尔透镜和PIR探测器

菲涅尔透镜，就是在透镜的一侧有等距的齿纹，通过这些齿纹，可以达到对指定光谱范围的光带通(反射或者折射)的作用。

菲涅尔透镜，就相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，以提高它的探测接收灵敏度。多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。

典型应用：PIR。

PIR广泛的用在警报器上。每个PIR上都有个塑料的小帽子，这就是菲涅尔透镜，小帽子的内部都刻上了齿纹。这种菲涅尔透镜可以将入射光的频率峰值限制到10微米左右（人体红外线辐射的峰值）。

　　在安防领域中，PIR是Passive Infrared，即被动红外技术。PIR探测器Passive Infrared Detection，即被动式红外探测器或身体感应器，有时候被称为Passive Infrared Sensor，在安防行业探测器多被称为Detection。之所以称为被动，是因其本身不发射能量而只被动接收、探测来自环境的红外辐射。

知识点1：自然界几乎所有东西都会向外辐射红外线（热辐射）。（-273℃－1725°C）温度不同，其释放的红外能量的波长是不一样的。任何物体因本身的理化性能不同、本身温度不同，所产生的红外辐射的波长和距离也不尽相同，通常分为三个波段。

近红外：波长范围0.75～3μm

中红外：波长范围3～25μm

远红外：波长范围25～1000μm

人体辐射的红外光波长3～50μm，其中8～14μm占46%，峰值波长9.5μm。

知识点2：温度越高的物体，红外辐射越强。人是恒温动物，红外辐射也最为稳定。探测器安装后经过数秒钟适应环境，在无人或动物进入探测区域时，现场的红外辐射稳定不变，一旦有人体红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号，从而发出警报。被动红外入侵探测器形成的警戒线一般可以达到数十米。

被动红外探测器有两个关键性的元件

　　一个是热释电红外传感器(PIR)，它能将波长为8-12um之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此在被动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，当人体进人警戒区，通过涅尔透镜，感应到的是人体温度与背景温度的差异信号。红外探测器，就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。

　　另一个就是菲涅尔透镜，有两种形式，即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化的电信号。

根据其结构不同、警戒范围及探测距离也有所不同，大致可以分为单波束型和多波束型两种。

　　单波束PIR，采用反射聚焦式光学系统，利用曲面反射镜将来自目标的红外辐射汇聚在红外传感器上。视场角较窄，一般在5°以下，但作用距离较远，可长达百米。因此又称为直线远距离控制型被动红探测器，适合保护狭长的走廊、通道以及封锁门窗和围墙。

　　多波束型，采用透镜聚焦式光学系统，大都采用红外塑料透镜——多层光束结构的菲涅尔透镜。这种透镜是用聚烯烃塑料一次成型制作的，若干个小透镜排列在一个弧面上。警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成立体扇形感热区域，构成立体警戒。菲涅尔透镜自上而下分为几排，上面透镜较多，下边较少。因为人脸部、膝部、手臂红外辐射较强，正好对着上边的透镜。下边透镜较少，一是因为人体下部红外辐射较弱，二是为防止地面小动物红外辐射干扰。多波束型PIR的警戒视场角比单波束型大得多，水平可以大于90°，垂直视场角最大也可以达到90°，但作用距离较近。所有透镜都向内部设置的热释电器件聚焦，因此灵敏度较高，只要有人在透镜视场内走动就会报警。

红外光穿透力差，在防范区内不应有高大物体，否则阴影部分有人走动将不能报警。不要正对热源和强光源，特别是空调和暖气，否则不断变化的热气流将引起误报警。为了解决物品遮挡问题，又发明了吸顶式被动红外入侵探测器。安装在顶棚上向下360°范围内进行警戒，只要在防护范围内，无论从哪个方向入侵都会触发报警，在银行营业大厅，商场的公共活动区等空间较大的地方得到广泛使用。

被动式报警探测器探测性能好、易于布防、价格便宜，被广泛应用。缺点是相对于主动式探测误报率较高。故多选用双鉴探测器或者多鉴探测器，增加微波探测等技术，从而有效地降低误报率。

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透镜说明：广泛应用于人体感应开关，报警器，红外测温仪和红外成像等方面，可为用户提供不同感应角度，感应距离、尺寸、测试比。

型号Type	L8006WT
焦距Focus mm	23
角度Angle	180°
距离Length	6m
尺寸Size mm	49.0×(36.5&37.5) ×3.2
材料Material	HDPE

 

火焰探测红外传感器

窗口直径	5.5mm
敏感元尺寸	2.5mm
电时间常数	3.8s
热时间常数	350ms
源极直流工作电压	0.4~0.7V
工作电压	2~15V
视场角	＞85°
感应距离	25~40M
输出噪声电压	<170nVrms/Hz1/2
电压响应率	>700V/W
比探测率	>4x108
工作温度范围	-25~60℃

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