檢測動靜態(tài)人體的被動式熱釋電紅外探測器及低誤報方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種檢測動靜態(tài)人體的被動式熱釋電紅外探測器及低誤報方法。被動式熱釋電紅外探測器由菲涅爾透鏡，熱釋電紅外傳感器，模擬信號調(diào)理模塊，AD采樣、數(shù)字信號處理、控制和通信模塊，燕尾槽平移機構(gòu)組成；兩組熱釋電紅外傳感器并列安裝，檢測兩組傳感器的公共探測區(qū)；熱釋電紅外傳感器信號經(jīng)模擬信號調(diào)理、主備模式AD采樣、消除干擾影響的雙鑒算法數(shù)據(jù)預(yù)處理后，再經(jīng)雙鑒技術(shù)處理達(dá)到低誤報率。熱釋電紅外傳感器位于燕尾槽平移機構(gòu)的燕尾滑塊上，通過燕尾滑塊的平移，實現(xiàn)動靜態(tài)人的探測、區(qū)分無人和靜態(tài)人；借鑒芯片BIS0001“觸發(fā)封鎖時間”的設(shè)計思想，優(yōu)化燕尾槽平移機構(gòu)的平移次數(shù)，降低探測器的功耗。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬被動式熱釋電紅外探測器的人體檢測技術(shù)范疇，特別是一種檢測動靜態(tài)人體的熱釋電被動式紅外探測器及低誤報方法。
技術(shù)介紹
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，資源匱乏和社會轉(zhuǎn)型的步伐呈現(xiàn)加速態(tài)勢。一方面，人口流動逐漸增大，社會治安形勢日趨復(fù)雜；因此，人們對生命財產(chǎn)的安全越來越重視。另一方面，能源電力的短缺阻礙了中國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，在可預(yù)見的時間內(nèi)不會得到根本的改觀；因此，建設(shè)資源節(jié)約型社會已成全社會的共識。以安全為例，傳統(tǒng)的人防物防和現(xiàn)場報警手段難以適應(yīng)新形勢下的社會需求；傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控雖能提供符合用戶習(xí)慣的直觀信息，但設(shè)備價格昂貴、操作專業(yè)、用途單一、缺乏實時報警功能；而被動式熱釋電紅外傳感器及傳感器應(yīng)用技術(shù)則是化解安全保障、資源節(jié)約兩大難題的關(guān)鍵共性技術(shù)。本專利技術(shù)的論述側(cè)重探測器在安防領(lǐng)域中的應(yīng)用。被動式熱釋電紅外傳感器是基于熱釋電效應(yīng)的熱電型紅外探測敏感元件，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和安防等領(lǐng)域，甚至在普通的家用電器中也屢見蹤跡。除黑體外的任何物體均向外福射紅外線，其波長服從維恩位移定律(Wien’ s Displacement Law);人的典型體溫為37°C，是一個很好的紅外源，只要能探測人體的紅外線就可獲取人的活動狀態(tài)。自二戰(zhàn)期間德國用硫化鉛材料制成全球首個紅外傳感器以來，70年歷程的紅外技術(shù)取得了全方位的長足進(jìn)展；傳感器的制造工藝成熟可靠、技術(shù)性能日臻完善，經(jīng)濟指標(biāo)達(dá)到近乎完美的水準(zhǔn)。首先，敏感元件的材料延拓至單晶體、陶瓷和薄膜三個大類；單晶體包括硫酸三甘鈦(TGS)、鈮酸鍶鋇(SBN)及鉭酸鋰(LiTa03 )等，陶瓷材料包括鋯鈦酸鉛(PZT)及鈦酸鉛(PbTi03)等，薄膜材料有聚偏二氟乙烯(PVF2)及聚亞乙烯氟(PVDF)等。第二，傳感器采用兩個相反極性敏感元件串聯(lián)的雙元型結(jié)構(gòu)，使其具有獨特的抗干擾性能。第三是光學(xué)附件的技術(shù)進(jìn)步，不僅專利技術(shù)了只對人體幅射紅外線波長敏感的濾光片，而且開發(fā)出聚焦入射紅外光、對活動目標(biāo)不斷切換溫度場的菲涅爾透鏡，提高了傳感器的靈敏度和抗干擾性能。最后，熱釋電紅外傳感器專用芯片的推出，傳感器只需外接少量器件，即可構(gòu)成品質(zhì)優(yōu)異的高可靠探測器。被動式熱釋電紅外探測器由光學(xué)附件、熱釋電紅外傳感器、信號處理和應(yīng)用電路組成。探測器本身不存在任何類型的輻射、無活動部件，故器件功耗小、隱蔽性好、結(jié)構(gòu)可靠、價格低廉；熱釋電紅外傳感器不受可見光和噪聲的影響，故可不分晝夜連續(xù)檢測，特別適宜在夜間或黑暗條件下工作；通過被測對象自身發(fā)射紅外線實現(xiàn)檢測，故不必另設(shè)光源、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單；因大氣對特定波長(8 I 4 μ m)紅外線吸收甚少，故具有較易檢測到人體的特點。2008年，我國的被動式紅外傳感器市場總量達(dá)一千萬臺。被動式熱釋電紅外探測器應(yīng)用過程中暴露出兩大不足:首先，熱釋電紅外傳感器易受環(huán)境中其他紅外源的干擾，如暖氣、空調(diào)可能引起的探測器誤報，減少或消除誤報是亟待解決的第一個問題。其二是探測器僅對動態(tài)人體有效，即無法探測靜態(tài)或緩慢移動的人體；探測器若用于安防，則存在技術(shù)上的隱患；探測器若用于節(jié)能一根據(jù)是否有人決定照明和供熱(冷)的開閉，則存在技術(shù)上的缺憾；開發(fā)適用于動靜態(tài)人體的探測器受制于熱釋電效應(yīng)機理。當(dāng)探測區(qū)域無人體輻射出的紅外線信號時，外界入射的紅外線在熱釋電敏感元上產(chǎn)生極性相反、電量相等的正負(fù)電荷極化現(xiàn)象，由于兩個敏感元采用的是相反極性的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，因此正負(fù)電荷相互抵消，傳感器無輸出。當(dāng)人體靜止在傳感器的探測區(qū)域內(nèi)時，與外界入射紅外線的場景類同，傳感器亦無輸出。當(dāng)且僅當(dāng)人體在探測區(qū)域內(nèi)移動時，兩個熱釋電敏感元接收到不同的紅外輻射，敏感元的極化電荷不能相互抵消，傳感器才會輸出信號；一旦人體脫離探測區(qū)域、或在探測區(qū)域內(nèi)保持靜止?fàn)顟B(tài)，敏感元產(chǎn)生的極化電荷與空氣中的離子中和，傳感器重返無信號輸出狀態(tài)。針對被動式熱釋電紅外探測器的不足進(jìn)行了充分的研究，研究工作聚焦在探測器無法探測靜態(tài)人體上，鮮見減少或消除探測器誤報的報道。改進(jìn)設(shè)計取得了一定的成效，基本思路是正確的、即依據(jù)相對運動的原理進(jìn)行改進(jìn):既然人動、探測器靜，可行；反之人靜、探測器動，必可行。但這種改進(jìn)在工程實施中的成功案例少之又少，因為改進(jìn)的技術(shù)手段過于復(fù)雜昂貴。商品化熱釋電紅外傳感器的批量報價2元左右，菲涅爾透鏡成本〈I元，熱釋電紅外傳感器專用芯片BISS000K1元；顯然，被動式熱釋電紅外探測器改進(jìn)技術(shù)必須具備簡單、低廉、可靠的特征，現(xiàn)有的電機或步進(jìn)電機+傳動機構(gòu)解決方案在技術(shù)經(jīng)濟的合理性方面值得商榷。改進(jìn)設(shè)計的另一思路是多傳感器的信息融合，如熱釋電紅外傳感器與超聲波雙鑒傳感器結(jié)合，實現(xiàn)動靜態(tài)人體的探測(王良昱，監(jiān)獄環(huán)境下基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的監(jiān)控報警系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)D，國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2011)，克服單一熱釋電紅外傳感器的缺陷。目前，較有代表性的知識產(chǎn)權(quán)成果綜述如下: 專利技術(shù)專利“照明設(shè)備的智能控制系統(tǒng)”(專利號ZL200710060055.1)，提出由紅外熱釋電傳感器和旋轉(zhuǎn)云臺構(gòu)成人體探測器的方案。 .專利技術(shù)專利“具有全態(tài)人體感應(yīng)能力的紅外人體感應(yīng)裝置”(專利號ZL201110066677.1 )，提出熱釋電紅外傳感器安裝在控制器上，包括旋轉(zhuǎn)電機和安裝支架、以及減速箱和旋轉(zhuǎn)齒輪；不僅可以檢測運動中的人體，還可以檢測靜止的人體。 專利技術(shù)專利“一種探測靜態(tài)人體的紅外傳感裝置”(申請?zhí)?01110306664.7)，提出熱釋電紅外傳感器安裝在步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)軸上轉(zhuǎn)動，用于掃描靜態(tài)熱源信號。 專利技術(shù)專利“光控?zé)艟叩闹悄鼙粍痈袘?yīng)方法”(申請?zhí)?01210195675.7)，提出將熱釋電紅外傳感器陣列中各熱釋電紅外傳感器的輸出信號進(jìn)行累加，并對放大后的信號進(jìn)行微分運算、整流處理；解決被動感應(yīng)方法中普遍存在的對感應(yīng)區(qū)內(nèi)靜止人員無感應(yīng)的問題。上述有益探索，提出了 “人靜、探測器動”和“多傳感器信息融合”探測靜態(tài)人體的方法，有一定的參考價值，但探索成果仍存在局限；因此，有必要基于被動式熱釋電紅外探測器、在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上作深入的研究與創(chuàng)新，減少或消除探測器的誤報、借助簡單的廉價技術(shù)實現(xiàn)對動靜態(tài)人體的低誤報探測。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種檢測動靜態(tài)人體的熱釋電被動式紅外探測器及低誤報方法。檢測動靜態(tài)人體的被動式熱釋電紅外探測器包括第一菲涅爾透鏡、第一熱釋電紅外傳感器、第一模擬信號調(diào)理模塊、第一燕尾槽平移機構(gòu)，第二菲涅爾透鏡、第二熱釋電紅外傳感器、第二模擬信號調(diào)理模塊、第二燕尾槽平移機構(gòu)，AD采樣、數(shù)字信號處理、控制和通信模塊CC2430，AD采樣、數(shù)字信號處理、控制和通信模塊CC2430簡稱主控模塊；主控模塊由AD采樣單元、數(shù)字信號處理單元、控制單元和射頻通信單元組成；第一燕尾槽平移機構(gòu)包括第一燕尾滑塊、第一燕尾槽，第一燕尾滑塊與第一燕尾槽抅成第一滑動副，第二燕尾槽平移機構(gòu)包括第二燕尾滑塊、第二燕尾槽，第二燕尾滑塊與第二燕尾槽抅成第二滑動副；第一熱釋電紅外傳感器與第一模擬信號調(diào)理模塊相連后、接入主控模塊，主控模塊與第一燕尾槽平移機構(gòu)相連，第一熱釋電紅外傳感器上外套第一菲涅爾透鏡、并與第一模擬信號調(diào)理模塊一起安裝在第一燕尾滑塊上，第二熱釋電紅外傳感器與第二模擬信號調(diào)理模塊相連后、接入主控模塊，主控模塊本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種檢測動靜態(tài)人體的被動式熱釋電紅外探測器，其特征在于包括第一菲涅爾透鏡（110）、第一熱釋電紅外傳感器（120）、第一模擬信號調(diào)理模塊（130）、第一燕尾槽平移機構(gòu)（140），第二菲涅爾透鏡（210）、第二熱釋電紅外傳感器（220）、第二模擬信號調(diào)理模塊（230）、第二燕尾槽平移機構(gòu)（240），AD采樣、數(shù)字信號處理、控制和通信模塊CC2430（300），AD采樣、數(shù)字信號處理、控制和通信模塊CC2430簡稱主控模塊；主控模塊由AD采樣單元、數(shù)字信號處理單元、控制單元和射頻通信單元組成；第一燕尾槽平移機構(gòu)（140）包括第一燕尾滑塊（143）、第一燕尾槽（144），第一燕尾滑塊與第一燕尾槽抅成第一滑動副，第二燕尾槽平移機構(gòu)（240）包括第二燕尾滑塊（243）、第二燕尾槽（244），第二燕尾滑塊與第二燕尾槽抅成第二滑動副；第一熱釋電紅外傳感器（120）與第一模擬信號調(diào)理模塊（130）相連后、接入主控模塊（300），主控模塊（300）與第一燕尾槽平移機構(gòu)（140）相連，第一熱釋電紅外傳感器（120）上外套第一菲涅爾透鏡（110）、并與第一模擬信號調(diào)理模塊（130）一起安裝在第一燕尾滑塊（143）上，第二熱釋電紅外傳感器（220）與第二模擬信號調(diào)理模塊（230）相連后、接入主控模塊（300），主控模塊（300）與第二燕尾槽平移機構(gòu)（240）相連，第二熱釋電紅外傳感器（220）上外套第二菲涅爾透鏡（210）、并與第二模擬信號調(diào)理模塊（230）一起安裝在第二燕尾滑塊（243）上。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：盧嫻，王米虎，向旭東，吳明光，
申請(專利權(quán))人：浙江大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：