[发明专利]自获能动静态人体探测器及微功耗低误报漏报的方法

说明书

技术领域

本发明涉及被动式热释电红外探测器的人体检测技术范畴，尤其涉及一种自获能动静态人体探测器及微功耗低误报漏报的方法。

背景技术

被动式热释电红外传感器是基于热释电效应的热电型红外探测敏感元件，广泛应用于工业、农业、国防和安防等领域，甚至在普通的家用电器中也屡见不鲜。除黑体外的任何物体均向外辐射红外线，其波长服从维恩位移定律（Wien’s Displacement Law）；人的典型体温为37℃，是一个很好的红外源，只要能探测人体的红外线就可获取人的活动状态。自二战期间德国用硫化铅材料制成全球首个红外传感器以来，70年历程的红外技术取得了全方位的长足进展；传感器的制造工艺成熟可靠、技术性能日臻完善，经济指标达到近乎完美的水准。首先，敏感元件的材料延拓至单晶体、陶瓷和薄膜三个大类；单晶体包括硫酸三甘钛（TGS）、铌酸锶钡（SBN）及钽酸锂（LiTaO3）等，陶瓷材料包括锆钛酸铅（PZT）及钛酸铅（PbTiO3）等，薄膜材料有聚偏二氟乙烯（PVF2）及聚亚乙烯氟（PVDF）等。第二，传感器普遍采用两个相反极性敏感元件串联的双元型结构，使其具有独特的抗干扰性能。第三是光学附件的技术进步，不仅发明了只对人体辐射红外线波长敏感的滤光片，而且开发出聚焦入射红外光、对活动目标不断切换温度场的菲涅尔透镜，提高了传感器的灵敏度和抗干扰性能。最后，热释电红外传感器专用芯片的推出，传感器只需外接少量器件，即可构成品质优异的高可靠探测器。

被动式热释电红外探测器由光学附件、热释电红外传感器、信号处理和应用电路组成。探测器本身不存在任何类型的辐射、无活动部件，故器件功耗小、隐蔽性好、结构可靠、价格低廉；热释电红外传感器不受可见光和噪声的影响，可不分昼夜连续检测，特别适宜在夜间或黑暗条件下工作；通过被测对象自身发射红外线实现检测，不必另设光源、系统结构相对简单；因大气对特定波长（8～14um）红外线吸收甚少，故具有较易检测到人体的特点。2008年，我国的被动式红外传感器市场总量达一千余万台。

被动式热释电红外探测器应用过程中暴露出三大不足：首先，被动式热释电红外探测器仅对动态人体有效，即无法探测静态或缓慢移动的人体；探测器若用于安防，则存在安全方面的隐患；若用于节能，根据是否有人决定照明和供热（冷）的开闭，则存在技术上的缺憾；开发适用于动静态人体的探测器直接受到热释电效应机理的制约。其二，被动式热释电红外探测器的电池/有线供电方式有待改进：电池供电的运维工作量和开销过大；有线供电的布线和维护工作量大，而且被动式热释电红外探测器搭建的安防系统缺少可扩展和灵活性。第三，热释电红外传感器易受环境中其他红外源的干扰，如暖气、空调可能引起的探测器误报，减少或消除误报是亟待解决难题。被动式热释电红外探测器当探测区域无人体辐射出的红外线信号时，外界入射的红外线在热释电敏感元上产生极性相反、电量相等的正负电荷极化现象，由于两个敏感元采用的是相反极性的串联结构，因此正负电荷相互抵消，传感器无输出。当人体静止在传感器的探测区域内时，与外界入射红外线的场景类同，传感器亦无输出。当且仅当人体在探测区域内移动时，两个热释电敏感元接收到不同的红外辐射，敏感元的极化电荷不能相互抵消，传感器才会输出信号；一旦人体脱离探测区域、或在探测区域内保持静止状态，敏感元产生的极化电荷与空气中的离子中和，传感器重返无信号输出状态。

针对被动式热释电红外探测器的不足进行了充分的研究，研究工作聚焦在探测器无法探测静态人体上，鲜见减少或消除探测器误报漏报的报道，探测器供电方式的改进则长期处于被漠视的状态，况且当时技术条件下确无有效的技术手段和解决方案。

针对被动式热释电红外探测器无法探测静态人体的缺点，改进设计取得了一定的成效，基本思路是正确的，即依据相对运动的原理进行改进：既然人动、探测器静，可行；反之人静、探测器动，必可行。但这种改进在工程实施中的成功案例少之又少，因为改进的技术手段过于复杂昂贵。商品化热释电红外传感器的批量报价2元左右，菲涅尔透镜成本<1元，热释电红外传感器专用芯片BISS0001<1元；显然，被动式热释电红外探测器改进技术必须具备简单、低廉、可靠的特征，现有的电机或步进电机加传动机构解决方案在技术经济的合理性方面值得商榷。改进设计的另一思路是多传感器的信息融合，如热释电红外传感器与超声波双鉴传感器结合，实现动静态人体的探测（王良昱，监狱环境下基于无线传感器网络技术的监控报警系统设计与实现[D]，国防科学技术大学，2011），克服单一热释电红外传感器的缺陷。目前，较有代表性的知识产权成果综述如下：