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菲涅尔镜片的知识和应用

浏览:205 发表时间:2020-05-05 19:30:12

菲涅尔镜片的知识和应用

菲涅尔镜片是红外线探头的“眼镜”,它就象人的眼镜一样,配用得当与否直接影响到使用的功效,配用不当产生误动作和漏动作,致使用户或者开发者对其失去信心。配用得当充分发挥人体感应的作用,使其应用领域不断扩大。

菲涅尔镜片是根据法国光物理学家FRESNEL发明的原理采用电镀模具工艺和PE(聚乙烯)材料压制而成。镜片(0.5mm厚)表面刻录了一圈圈由小到大,向外由浅至深的同心圆,从剖面看似锯齿。圆环线多而密感应角度大,焦距远;圆环线刻录的深感应距离远,焦距近。红外光线越是靠进同心环光线越集中而且越强。同一行的数个同心环组成一个垂直感应区,同心环之间组成一个水平感应段。垂直感应区越多垂直感应角度越大;镜片越长感应段越多水平感应角度就越大。区段数量多被感应人体移动幅度就小,区段数量少被感应人体移动幅度就要大。不同区的同心圆之间相互交错,减少区段之间的盲区。区与区之间,段与段之间,区段之间形成盲区。由于镜片受到红外探头视场角度的制约,垂直和水平感应角度有限,镜片面积也有限。镜片从外观分类为:长形、方形、圆形,从功能分类为:单区多段、双区多段、多区多段。图(1)是常用镜片外观示意图:
 
图(2)是常用三区多段镜片区段划分、垂直和平面感应图。

当人进入感应范围,人体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离A区或中距离B区或近距离C区的某个段的同心环上,同心环与红外线探头有一个适当的焦距,红外光正好被探头接收,探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。整个接收人体红外光的方式也被称为被动式红外活动目标探测器。

镜片主要有三种颜色,一、聚乙烯材料原色,略透明,透光率好,不易变形。二、白色主要用于适配外壳颜色。三、黑色用于防强光干扰。镜片还可以结合产品外观注色,使产品整体更美观。

每一种镜片有一型号(以年号+系列号命名),镜片主要参数:

一、外观描述——外观形状(长、方、圆)、尺寸(直径)。以毫米为单位。

二、探测范围——指镜片能探测的有效距离(米)和角度。

三、焦距——指镜片与探头窗口的距离,精确度以毫米的小数点为单位。长形和方形镜片要呈弧形以焦距为单位对准探头窗口。见图(3A)示意图。

镜片与探头的配合应用——我们常用的是双源式探头,揭开滤光玻璃片,其内部有两点对7—14um的红外波长特别敏感的TO—5材料连接着场效管。见图(3B)所示。

静态情况下空间存在红外光线,由于双源式探头采用互补技术,不会产生电信号输出。动态情况下,人体经过探头先后被A源或被B源感应,SaSb产生差值,双源失去互补平衡作用而很敏感地产生信号输出,见图(3C)。当人对着探头呈垂直状态运动,Sa=Sb不产生差值,双源很难产生信号输出。因此,探测器安装的位置与人行走方向呈平行为宜。根据以上原理探头与镜片结合可以做成以下感应方式的人体探测器。

A、单区多段水平式和单区多段垂直式。


 

特征:图(4)单区多段水平式感应角度大,这是探头水平视场角度大的缘故,形成一个长方形扇面感应区,单区多段水平式亦称水平幕帘式感应,此感应方式能避开上下红外线干扰。图(5)单区多段垂直式感应角度小,这是探头垂直视场角度小的缘故,形成一个垂直形扇面感应区,单区多段垂直式亦称垂直幕帘式感应,此感应方式能避开左右红外线干扰。图(6)探头与镜片配合不符合SaSb产生差值的要求,因此感应不灵敏。采用双区同心圆相近的镜片也能达到幕帘式感应效果。单区多段和双区多段多用于局部区域感应。

B、多区多段感应式和多区多段圆锥体式。

 

特征:图(7)是多区多段感应式探头与镜片对应位置和探测效果图,多区多段感应式多用于挂墙式安装,倾斜向下探测三个不同的区域。图(8)是多区多段圆锥体感应式,多用于吸顶式安装,直接向下探测。采用双源探头配用圆形镜片感应方向图不似圆锥体,因为探头水平视角大于垂直视角而且出现Sa=Sb的现象,圆锥体效果图会中间凹陷。如果圆形镜片配用四源探头,感应方向图更趋似圆锥体,见图(8)探测效果图。多区多段感应式和多区多段圆锥体式感应区域宽广,多用于大面积探测。图(9)探头与镜片配合不符合要求,图(9)左图镜片放反,右图探头设置在镜片中间,均无远距离感应效果,下盲区加大,出现不感应现象。

C、另类探测效果的方法。探头与镜片偏离,产生不同的探测方向和效果。探头偏上,探测方向向下,见图(10)。同理,探头偏下,探测方向向上。探头偏左,探测方向向右,见图(11)。同理,探头偏右,探测方向向左。探头偏45度,降低人体活动受方向的限制,见图(12)。探头偏45度且稍微倾斜,适宜探测狭长区域。


 

D、增强探测动作灵敏度的方法。前面已经阐述区段数量越多被感应人体移动幅度就越小,因此,选用区段多且密的镜片就能增强探测动作灵敏度,人体只要在感应的有效范围内稍微移动就有效。段密度高的镜片在50mm长度有26段之多。

E、增强抗干扰的方法。从前面阐述的原理中得知,区段数量少被感应人体移动幅度就要大,选用区段数量少的镜片就能减少误动作,一是人体运动幅度要大二是区段数量少的镜片形成局部探测,减少外围干扰源。

随着人体感应器应用领域不断扩大,镜片种类越来越多,应用的针对性越来越强


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