PIR sensor(Passive Infra-Red sensor 被動(dòng)紅外傳感器)，下文簡(jiǎn)稱(chēng)為 PIR。

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PIR 的原理是「熱釋電效應(yīng)」。這種介質(zhì)的極化會(huì)隨溫度而改變，于是可以將溫度變化信號(hào)轉(zhuǎn)化成電荷信號(hào)。

人體是一個(gè)恒溫的熱源，發(fā)出的紅外線會(huì)影響 PIR。人體進(jìn)入 PIR 檢測(cè)區(qū)，產(chǎn)生電荷信號(hào)，離開(kāi)檢測(cè)區(qū)后電荷又恢復(fù)平衡。

上面講到，PIR 可以檢測(cè)溫度的變化、人體的移動(dòng)，這里都是作一個(gè)動(dòng)作的檢測(cè)。而如果溫度恒定不變或人體不移動(dòng)，PIR 是檢測(cè)不到的。

PIR sensor 的結(jié)構(gòu)

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濾光片的作用

人體溫度 36~37，輻射出的波長(zhǎng)在一定范圍。濾光片可以只讓這個(gè)波長(zhǎng)范圍的紅外線
通過(guò)，使得 PIR sensor 只對(duì)人體敏感，而不受太陽(yáng)、燈光等其它熱源影響。

熱電元件

熱電元件的接受到紅外線，溫度變化，熱釋電元件的表面產(chǎn)生電荷密度變化。

為了抑制自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾，PIR 將兩個(gè)熱電元件反向串聯(lián)或接成差動(dòng)平衡電
路。而且，環(huán)境背景對(duì)這兩個(gè)熱電元件的影響幾乎相同，其產(chǎn)生的釋電效應(yīng)相互抵消，
因而無(wú)信號(hào)輸出。

人體經(jīng)過(guò)時(shí)，人體外紅輻射透過(guò)部分鏡面聚焦，兩片熱電元件接收的輻射不同，產(chǎn)生的
熱電釋不同，不能相互抵消。

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場(chǎng)效應(yīng)管

熱電元件只能產(chǎn)生電荷信號(hào)，經(jīng)過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管完成阻抗變化，變電壓信號(hào)。

菲涅爾透鏡

上面介紹完的 PIR 只能檢測(cè)到距離有限。如果在外面加上一個(gè)菲涅爾透鏡，把外部的光線會(huì)聚到 PIR 上，增加進(jìn)光量，則可大大增加 PIR 的檢測(cè)距離和角度。

同時(shí)，通過(guò)控制菲涅耳透鏡內(nèi)部的角度，可以控制焦距，制作出檢測(cè)距離不同的 PIR。

做完這些工作之后，有了一定的檢測(cè)距離和角度。但是人體必須經(jīng)過(guò)整個(gè)檢測(cè)區(qū)域才能產(chǎn)生兩次變化（進(jìn)入檢測(cè)區(qū)和離開(kāi)檢測(cè)區(qū)）。我們希望能夠檢測(cè)到更小幅度的移動(dòng)，捕獲更多的變化信號(hào)。在菲涅爾透鏡上做點(diǎn)變化，把檢測(cè)區(qū)分成若干個(gè)小格，間隔的區(qū)域會(huì)把光反射出去。這樣整個(gè)檢測(cè)區(qū)就變成若干個(gè)相鄰的靈敏區(qū)和盲區(qū)。當(dāng)人體移動(dòng)時(shí)，會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)靈敏區(qū)，又進(jìn)入一個(gè)盲區(qū)…… 最后產(chǎn)生連續(xù)的脈沖信號(hào)。

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總結(jié)一下，菲涅爾透鏡的兩個(gè)作用：

1. 聚焦，把紅外信號(hào)會(huì)取到 PIR 上，控制檢測(cè)距離和角度
2. 將檢測(cè)區(qū)分隔成交替的靈敏區(qū)和盲區(qū)，增加檢測(cè)靈敏度

后級(jí)放大電路

PIR 輸出的電壓信號(hào)太微弱，需經(jīng)過(guò)放大電路，過(guò)濾掉噪聲干擾，提取有用的信號(hào)放大。

后級(jí)放大電路包括：帶通濾波、兩級(jí)高增益放大、比較電路。

最終輸出信號(hào)的頻率，有幾個(gè)影響的因素：

1. 人體移動(dòng)速度
2. 光學(xué)焦距
3. 傳感器敏感元件面積
4. 人體與傳感器的距離

最終輸出信號(hào)的頻率約為 0.1~8Hz 。

應(yīng)用

• 紅外報(bào)警器
• 紅外迎賓器
• 紅外線自動(dòng)門(mén)感應(yīng)器

小結(jié)

優(yōu)點(diǎn)：

功耗小、價(jià)格低廉

缺點(diǎn)：

1. 易受其它熱源干擾
2. 被動(dòng)紅外穿透性差，人體紅外容易被遮擋
3. 受射頻輻射干擾
4. 環(huán)境溫度和人體接近時(shí)，探測(cè)靈敏度明顯下降

安裝要求：

1. 距離地面 2~2.2 米
2. 遠(yuǎn)離空調(diào)、冰箱、火爐等溫度易變化的地方
3. 不要對(duì)著窗外，否則窗外的熱氣流擾動(dòng)或人員走動(dòng)會(huì)引起誤報(bào)

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參考鏈接

• 熱釋電人體紅外傳感器的原理和應(yīng)用
• How PIRs Work
• Passive infrared sensor