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人体热释电信息形成原理的研究

更新时间：2019-12-25 09:22:04 大小：766K 上传用户：守着阳光1985查看TA发布的资源 标签：人体热释电 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

为了建立热释电传感器感应机理与人体特性相融合的数学模型,以理解热释电传感器对人体热辐射感应特性与人体特征的关系,本文研究了热释电传感器的工作原理,以及人体在热释电感应区域运动时传感器对移动人体辐射源的感应规律.推导出了人体特征与热释电感应机理之间的映射关系,该映射关系揭示了传感器的感应数据与人体辐射源特征以及传感器特性之间内在的逻辑联系.实验数据证明,人体辐射源温度越高,单位面积辐射能量越大,感应出的电压波幅越大;速度越快,辐射角度变化率越大,电压波幅越小;人体体型越大,辐射面积越大,电压波幅越大.同时这些结论也验证了该数学模型的正确性和有效性.


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人体热释电信息形成原理的研究.pdf 766K

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9
Vol． 46 No． 9  
Sep． 2018  
第
期
电
子
学
报
2018  
9
ACTA ELECTRONICA SINICA  
年
月
人体热释电信息形成原理的研究  
1
2
3
，
，
熊 迹 严俊伟 陈军桥  
( 1.  
，
430074; 2.  
，
430070;  
文华学院信息科学与技术学部 湖北武汉  
武汉理工大学信息工程学院 湖北武汉  
3.  
，
430034)  
东风神龙汽车有限公司 湖北武汉  
:
，
为了建立热释电传感器感应机理与人体特性相融合的数学模型 以理解热释电传感器对人体热辐射感  
摘
要
，
，
应特性与人体特征的关系 本文研究了热释电传感器的工作原理 以及人体在热释电感应区域运动时传感器对移动人  
． ，  
体辐射源的感应规律 推导出了人体特征与热释电感应机理之间的映射关系 该映射关系揭示了传感器的感应数据与  
．
，
，
人体辐射源特征以及传感器特性之间内在的逻辑联系 实验数据证明 人体辐射源温度越高 单位面积辐射能量越大  
，
;
，
，
;
感应出的电压波幅越大 速度越快 辐射角度变化率越大 电压波幅越小 人体体型越大 辐射面积越大 电压波幅越  
，
，
．
大 同时这些结论也验证了该数学模型的正确性和有效性  
( PIR)  
．
:
;
;
;
关键词  
中图分类号  
URL: http: / /www． ejournal． org． cn  
热释电红外  
传感器 感应原理 感应模型 人体热释电特性  
0372-2112 ( 2018) 09-2299-06  
DOI: 10． 3969 /j． issn． 0372-2112． 2018． 09． 037  
:
TP211  
:
A
:
文章编号  
文献标识码  
电子学报  
Researchfor the Principle of  
Human Pyroelectric Information Forming  
1
2
3
XIONG Ji ，YAN Jun-wei ，CHEN Jun-qiao  
( 1. Department of Information Science and Technology，Wenhua College，Wuhan，Hubei 430074，China;  
2. School of Information Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan，Hubei 430070，China;  
3. Dong Feng Peugeot Citroen Automobile Company LTD，Wuhan，Hubei 430034，China)  
Abstract: In order to establish the mathematical integration model of the pyroelectric infrared ( PIR) sensor mecha-  
nism and the characteristics of human body thermal radiation and understand the relationship on PIR sensor between the hu-  
man body thermal radiation and induction and the human characteristics，this paper studied the working principle of the PIR  
sensor and the laws of mobile body induction in the PIR sensing regions． The mapping relationship between human charac-  
teristics and mechanism of PIR sensing is deduced，which reveals the intrinsic logical connection between induction data and  
the human radiation source and PIR sensors characteristics． The experimental data show that the higher the human body radi-  
ation temperature is，the greater the radiation energy per unit area and the detected voltage amplitude will be; the faster the  
velocity is，the smaller the detected voltage amplitude will be; the bigger the human body is，the larger the detected voltage  
amplitude and the radiation area will be． At the same time，the experimental results also verify the correctness and validity of  
the proposed mathematical model．  
Key words: PIR( pyroelectric infrared radial) sensor; principle of pyroelectricsensing; sensing model; pyroelectric  
characteristics of human body  
，
，
电信号 依据这些特征 对人体的跟踪与识别成为了现  
1
引言  
在研究的热点［1 ～ 6］  
．
( PIR)  
8 ～ 14 m  
μ
热释电红外  
传感器能检测波长在  
，ZappiP  
国外  
等人利用多个热释电传感器组成的  
，
，
的红外线 利用它的这一特性 可实现在常温下对运动  
，
，
矩阵来获取人体的多个特征信息 例如人体移动方向  
速度以及经过感应区域人体的数目［7］ 由于基于红外  
． ，  
的人体进行检测 现阶段 研究者对热释电感应的信号  
．
，
特征进行研究 发现不同的人体具有不同特征的热释  
的被动测距方法主要集中在对红外图像的计算和处  
: 2016-08-21;  
: 2018-01-15; :  
责任编辑 梅志强  
收稿日期  
修回日期  
2300  
2018  
电
子
学
报
年
，
，
．
，
处于平衡状态 其温度为  
T ．  
0
理 算法复杂 对采集设备的要求高 利用热释电传感器  
当辐射功率为 Φ 的热辐射  
e
测量距离成为了一个新的研究方向［8 ～ 10］ 同时  
，
ZappiP  
，
，
入到器件表面时 设吸收系数为 α 则器件吸收的热辐  
，
等人设计了一个低功耗 低成本的热释电数据采集系  
．
，
射功率为 αΦ 其中一部分使器件的温度升高 另一部  
e
，
，
统 可收集不同距离的人体热辐射信息 并利用不同距  
．
分补偿器件与环境的热交换所损失的能量  
，
离的人体热辐射波形特征 以及不同分类算法对移动  
，
根据能量守恒原理 热释电传感器吸收的辐射功  
率应等于器件内能的增量与热交换能量之和［15］  
即
，
人体到热释电传感器的不同距离进行了识别 该方法  
．
:
，
利用识别的方式对人体所在的位置进行测距 结合波  
d( T)  
θ
Δ
4
4
= C  
+ G T + A ( T -T )  
( 1)  
αΦ  
Δ
σ
e
d
a
［11］  
dt  
，
．
形的其他特征 可对人体进行粗粒度的跟踪  
文献  
，
若选取开始辐射时为初始时间 此时器件与环境处于  
［12］  
采用多个分布式布局的  
PIR  
探测器实现了对运动  
，
t = 0， T = 0.  
:
．
［13］  
PIR  
热平衡状态 即  
Δ
得到热传导的方程  
人体的追踪 文献 采用单只  
传感器获取运动  
j
t
ω
，
( Princi-  
e
αΦ τ  
T
人体的热红外信息 同时利用主成分分析算法  
0
为正弦变化的函数［16，17］  
T( t) =  
．
Δ
C ( 1 + j  
)
ωτ  
pal Component Analysis，PCA) ( Support Vector Ma-  
结合  
算法对人体热释电感知信号中所包含的特  
T
θ
chines，SVM)  
征信息进行了聚类 证明了该方法用于人体热释电感  
［14］ ，FANG J S  
等
3
运动模型与感应映射关系分析  
，
PIR  
，
传感器感应原理的研究 发现  
PIR  
通过对  
传感  
，
知信号特征提取的可行性 在文献  
人设计了一个基于热释电传感器的低功耗人体识别系  
MASK  
中
器采集的辐射功率以及交变的辐射能与人体单位体积  
，
辐射有关 交变单位体积的辐射能表示人体目标进入  
，
统 他们通过选用不同的  
证明了人体的识别能力  
PIR  
热释电感应区引起  
传感器吸收辐射通量时的变化  
，MASK  
与热释电传感器所在空间位置  
孔数以及到人体  
的垂向距离有关 以上的研究成果都是对热释电传感  
，
量 人体单位体积辐射表示人体目标进入热释电感应  
，
，
(
区域时 人体辐射的通量与感应体积大小的比值 本文  
，
器的感应结果进行应用 但对热释电传感器的人体热  
，
为了计算方便将人体感应体积简化为纵向面积 所以  
) ．  
，
红外感应机理还没有深入的研究 该机理与人体热红  
，
外特征存在着一定的联系 本文通过研究这一联系 解  
，
本文后面的陈述为感应面积  
3. 1  
．
释了人体热释电感应波形形成的机理  
人体目标面积小于感应区域模型  
，
本文设计并研制了一套人体目标探测系统 当单  
1
，
H
t
t
如图 所示 当人体目标  
从
时刻移动到  
时
1
1
2
，
个人体经过该系统的感应区域时 感应的波形为单周  
，
d，  
，
刻时 移动距离为 不同时刻所对应的角度分别为 θ  
1
，
期高斯脉冲波 同时对热释电传感器感应的人体高斯  
，
且 θ  
＜
， －  
θ
=
t· ，R ，  
β 代表人体半径 θ 代表  
1
θ
θ
θ
Δ
2
1
2
2
1
，
脉冲波的形成机理进行了研究 并将人体在热释电感  
．
圆心角的度数  
，
，
应区域运动时 人体感应面积变化规律进行了探讨 揭  
Δ
+
θ
θ
1
π
S1  
2
π
1
2
=
=
R
［1 － cos  
］ ( 2)  
Ψ
β
(
)
1
(
)
示了感应波形形成机理与人体感应面积的变化规律的  
t
2
180  
Δ
180  
2
，
映射关系 利用热释电效应的形成原理与该映射关系  
，
，
推导出形成人体辐射热释电效应的数学模型 该模型  
，
由人体自身特征 运动特征以及热释电传感器的多种  
，
，
参数组成 使我们更容易理解感应波形的形成机理 便  
．
于对不同波形特征的提取与处理  
:
本文贡献  
( 1)  
揭露了人体热释电信号的形成机理与人体感  
，
应面积的变化规律的映射关系 认知了人体热红外感  
．
应波形的形成规律  
( 2)  
，
建立了人体辐射热释电效应的数学模型 该模  
，
型反映了人体特征 运动特征以及热释电传感器对感  
．
应数据的映射机理  
( 3)  
有利于热释电传感器在对人体目标进行探测  
，
的过程中 实现数据物理结构的优化  
．
2
热释电效应的形成原理  
，
热释电器件在无辐射作用的情况下 与环境温度  

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