本實(shí)用新型涉及一種熱釋電紅外傳感器，具體為一種基于可編程芯片的熱釋電紅外傳感器。

背景技術(shù)：

熱釋電紅外傳感器主要用來(lái)感知人體的移動(dòng)，人體正常體溫約37攝氏度，會(huì)輻射出中心波長(zhǎng)9微米左右的紅外線，這種紅外線通過(guò)紅外光學(xué)濾光片濾光和菲涅耳透鏡聚焦后匯聚在紅外敏感元上，紅外敏感元將感受到的熱量變化轉(zhuǎn)化為微弱的電量變化，并通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路的濾波、放大、比較等處理，從而向外輸出。目前市場(chǎng)上的熱釋電紅外傳感器主要包括基板、設(shè)置于基板上蓋板、設(shè)置于蓋板上的紅外光學(xué)濾光元件、設(shè)置于基板上的紅外敏感元、固定于基板上的集成電路模塊，其不能根據(jù)環(huán)境變化或者工作需要進(jìn)行編程調(diào)整；系統(tǒng)時(shí)鐘一般為單一的外部時(shí)鐘輸入，其數(shù)字邏輯功能不易實(shí)現(xiàn)；不能智能識(shí)別信號(hào)源，抗干擾能力差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于可編程芯片的熱釋電紅外傳感器。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種基于可編程芯片的熱釋電紅外傳感器，包括基板、設(shè)置于基板上蓋板、設(shè)置于蓋板上的紅外光學(xué)濾光元件、設(shè)置于基板上的紅外敏感元、固定于基板上的集成電路模塊，所述紅外敏感元與集成電路模塊之間電連接，所述集成電路模塊上設(shè)置有可編程芯片。

優(yōu)選地，所述紅外光學(xué)濾光元件表面鍍有紅外增透膜和截止膜。

優(yōu)選地，所述基板與蓋板之間密封連接，形成密閉的收容空間，所述紅外敏感元和所述集成電路模塊均設(shè)置于所述收容空間內(nèi)。

優(yōu)選地，所述集成電路模塊包括前置信號(hào)放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、帶通濾波電路、信號(hào)輸出電路、電壓比較電路、狀態(tài)控制電路、復(fù)位系統(tǒng)電路、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、結(jié)果寄存器、時(shí)鐘源電路，所述紅外敏感元采集的信號(hào)依次經(jīng)過(guò)前置信號(hào)放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、帶通濾波電路、電壓比較電路、結(jié)果寄存器然后輸入可編程芯片，所述時(shí)鐘源電路與前置信號(hào)放大電路相連，所述時(shí)鐘源電路還依次通過(guò)復(fù)位系統(tǒng)電路、狀態(tài)控制電路與所述可編程芯片相連，所述可編程芯片還與程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和信號(hào)輸出電路相連。

優(yōu)選地，所述可編程芯片能夠?qū)η爸眯盘?hào)放大電路、帶通濾波電路、信號(hào)輸出電路、電壓比較電路、狀態(tài)控制電路、復(fù)位系統(tǒng)電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、時(shí)鐘源電路中的至少一個(gè)進(jìn)行編程控制。

優(yōu)選地，所述的時(shí)鐘源電路包括外接晶體振蕩時(shí)鐘源、內(nèi)部振蕩時(shí)鐘源。

優(yōu)選地，整體采用TO封裝，所述紅外敏感元包括兩個(gè)陶瓷型熱釋電敏感元，所述兩個(gè)敏感元以相反極性串聯(lián)，所述可編程芯片采用MCU芯片，所述信號(hào)輸出電路采用一種可編程I2C數(shù)字化輸出電路。

優(yōu)選地，整體采用SMD封裝，所述紅外敏感元包括四個(gè)陶瓷型熱釋電敏感元，所述四個(gè)敏感元以相反極性串聯(lián)，所述可編程芯片采用ASIC芯片，所述信號(hào)輸出電路采用一種可編程DOCI數(shù)字化輸出電路。

優(yōu)選地，所述薄膜型熱釋電敏感元的上表面為圖形化吸收層，中間為過(guò)渡層，下表面為絕熱窗口。

本實(shí)用新型的有益效果在于：設(shè)置有可編程芯片，能根據(jù)具體情況對(duì)信號(hào)采集、處理和信號(hào)輸出等過(guò)程進(jìn)行編程控制，能有效的提高傳感器的可靠性和靈敏度、加強(qiáng)產(chǎn)品的人機(jī)交互能力、實(shí)現(xiàn)智能化 ；時(shí)鐘源電路由外接晶體振蕩時(shí)鐘源、內(nèi)部振蕩時(shí)鐘源組成，使產(chǎn)品的數(shù)字邏輯功能更易實(shí)現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的封裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例2的封裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例1的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例2的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖。

1為紅外光學(xué)濾光片，2為蓋板，3為紅外敏感元，4集成電路模塊，5為基板，圖1中6為引線。

具體實(shí)施方式：

以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，詳細(xì)描述本實(shí)用新型其結(jié)構(gòu)及功能，為了便于描述，所有附圖僅示出了與本實(shí)用新型實(shí)施例相關(guān)的主要部分。

實(shí)施例1 如圖1和圖3所示，一種基于可編程芯片的熱釋電紅外傳感器，其結(jié)構(gòu)主要包括紅外光學(xué)濾光片1、蓋板2、紅外敏感元3、集成電路模塊4和基板5，采用TO封裝。

所述的紅外光學(xué)濾光片1表面蒸鍍有紅外增透膜和截止膜，其作用是兼作5-14um 紅外線增透而其它波長(zhǎng)的光線截止。所述紅外光學(xué)濾光片1直接嵌入在傳感器的蓋板的窗口處，并以樹(shù)脂材料粘牢。

所述的紅外敏感元3為陶瓷型熱釋電敏感元，該陶瓷型熱釋電敏感元的表面為圖形化的吸收層。本實(shí)施例的紅外敏感元采用雙探測(cè)元的結(jié)構(gòu)，將兩個(gè)敏感元以相反極性串聯(lián)，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾，它利用兩個(gè)極性相反、大小相等的干擾信號(hào)在內(nèi)部相互抵消的原理來(lái)使傳感器得到補(bǔ)償。

所述集成電路模塊4是由可編程MCU芯片、前置信號(hào)放大電路、8位模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、帶通濾波電路、電壓比較電路、狀態(tài)控制電路、復(fù)位系統(tǒng)電路、4K OTP ROM型程序存儲(chǔ)器、256B RAM型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、結(jié)果寄存器、時(shí)鐘源電路、信號(hào)輸出電路等構(gòu)成的高度集成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐纺K，所述的時(shí)鐘源電路包括外接晶體振蕩時(shí)鐘源、內(nèi)部振蕩時(shí)鐘源，所述紅外敏感元3采集的信號(hào)依次經(jīng)過(guò)前置信號(hào)放大電路、8位模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、帶通濾波電路、電壓比較電路、結(jié)果寄存器然后輸入可編程MCU芯片，所述時(shí)鐘源電路與前置信號(hào)放大電路相連，所述時(shí)鐘源電路還依次通過(guò)復(fù)位系統(tǒng)電路、狀態(tài)控制電路與所述可編程MCU芯片相連，所述可編程MCU芯片還與4K OTP ROM型程序存儲(chǔ)器、256B RAM型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和信號(hào)輸出電路相連。

所述基板5的材料為金屬化陶瓷或金屬化樹(shù)脂材料，作電磁屏蔽處理，以減少外界的電磁干擾。

所述基板5和蓋板2之間形成收容空間，基板上印刷有厚膜電路，厚膜電路可將可編程MCU芯片模塊的輸入和輸出與引腳焊盤(pán)一一對(duì)應(yīng)的連接起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)各元器件的電連接。在基板周邊還設(shè)有金屬框，用以固定焊接蓋板， 在基板的底部設(shè)有與集成電路模塊相連的輸入、輸出的引線端子，所設(shè)置的引線端子數(shù)量與輸入、輸出需要的連接端口數(shù)量一致并可隨之發(fā)生變化。

紅外敏感元3和集成電路模塊4封裝在基板5和蓋板2形成的收容空間內(nèi)，從基板內(nèi)部向下延伸出三根引線6，將該蓋板2和基板5密封焊接，形成TO封裝形式的基于可編程芯片的熱釋電紅外傳感器。

本實(shí)施例的電源電壓為1.5-5.0V，工作電流為10-500μA。

本實(shí)施例中可編程MCU芯片通過(guò)C語(yǔ)言對(duì)靈敏度閾值進(jìn)行編程，采集不同環(huán)境溫度下的傳感器輸出靈敏度（信號(hào)響應(yīng)電壓）數(shù)據(jù)；對(duì)噪聲的頻譜進(jìn)行分析，編程設(shè)計(jì)數(shù)字帶通濾波器；對(duì)移動(dòng)人體的熱釋電紅外傳感器信號(hào)的頻譜特征進(jìn)行分析，編程設(shè)計(jì)頻譜特征的提取及識(shí)別算法，從而實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型智能化。

本實(shí)施例的傳感器的信號(hào)輸出電路為一種可編程I2C數(shù)字化輸出電路，經(jīng)進(jìn)一步處理后靈活控制諸如便攜式夜視裝備、視覺(jué)增強(qiáng)器、攝像頭(IP照相機(jī))、自動(dòng)熱水沖水馬桶和其他紅外自動(dòng)開(kāi)關(guān)(如：液晶監(jiān)視器、空調(diào)、空氣濾清器、通風(fēng)扇)，并得到廣泛的應(yīng)用。

實(shí)施例2 如圖2和4所示，一種基于可編程芯片的熱釋電紅外傳感器，其結(jié)構(gòu)主要包括紅外光學(xué)濾光片1、蓋板2、紅外敏感元3、集成電路模塊4和基板5，采用SMD封裝。

本實(shí)施例的輸入、輸出用的引線端子采用PCB板背面電極，經(jīng)由基板5底部，與基板5上的集成電路模塊4電連接，所設(shè)置的引線端子數(shù)量可以根據(jù)輸入、輸出需要的連接端口數(shù)量作相應(yīng)的變化。將該蓋板2和基板5密封焊接，所述紅外敏感元3和集成電路模塊4封裝在基板5和蓋板2形成的收容空間內(nèi)，形成SMD封裝形式的基于可編程芯片的熱釋電紅外傳感器。

所述的紅外光學(xué)濾光片1表面蒸鍍有紅外增透膜和截止膜，其作用是兼作5-14um 紅外線增透而其它波長(zhǎng)的光線截止。所述紅外濾光片1嵌入蓋板2的窗口內(nèi)，并用黑膠固定。

所述紅外敏感元3為薄膜型熱釋電敏感元，該薄膜型熱釋電敏感元的表面為圖形化的吸收層，中間為過(guò)渡層，背部為絕熱窗口。本實(shí)施例的紅外敏感元采用四個(gè)探測(cè)元的結(jié)構(gòu)，將四個(gè)敏感元以相反極性串聯(lián)，以抑制由于自身和環(huán)境溫度升高而產(chǎn)生的干擾。

所述集成電路模塊4是由可編程ASIC芯片、前置信號(hào)放大電路、16位模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、帶通濾波電路、電壓比較電路、狀態(tài)控制電路、復(fù)位系統(tǒng)電路、8K EEP ROM的程序存儲(chǔ)器、4K RAM的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、結(jié)果寄存器、時(shí)鐘源電路、信號(hào)輸出電路等構(gòu)成的高度集成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?，所述的時(shí)鐘源電路包括外接晶體振蕩時(shí)鐘源、內(nèi)部振蕩時(shí)鐘源。所述紅外敏感元3采集的信號(hào)依次經(jīng)過(guò)前置信號(hào)放大電路、16位模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、帶通濾波電路、電壓比較電路、結(jié)果寄存器然后輸入可編程ASIC芯片，所述時(shí)鐘源電路與前置信號(hào)放大電路相連，所述時(shí)鐘源電路還依次通過(guò)復(fù)位系統(tǒng)電路、狀態(tài)控制電路與所述可編程ASIC芯片相連，所述可編程ASIC芯片還與8K EEP ROM的程序存儲(chǔ)器、4K RAM的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和信號(hào)輸出電路相連。

所述基板5的材料為金屬化陶瓷或金屬化樹(shù)脂材料，作電磁屏蔽處理，以外減少外界的電磁干擾。

本實(shí)施例的電源電壓為1.5-5.0V，工作電流為10-500μA。

本實(shí)施例中集成電路模塊通過(guò)匯編語(yǔ)言對(duì)靈敏度閾值進(jìn)行編程，采集不同環(huán)境溫度下的傳感器輸出靈敏度（信號(hào)響應(yīng)電壓）數(shù)據(jù)；對(duì)噪聲的頻譜進(jìn)行分析，編程設(shè)計(jì)數(shù)字帶通濾波器；對(duì)移動(dòng)人體的熱釋電紅外傳感器信號(hào)的頻譜特征進(jìn)行分析，編程設(shè)計(jì)頻譜特征的提取及識(shí)別算法，從而實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型智能化。

本實(shí)施例的傳感器的信號(hào)輸出電路為一種可編程DOCI型數(shù)字化輸出電路，經(jīng)進(jìn)一步處理后廣泛應(yīng)用在具有紅外感應(yīng)的安防、家電和通信等領(lǐng)域。

除實(shí)施例1和實(shí)施例2之外，所述的紅外敏感元可采用的是單晶型、陶瓷型或薄膜型熱釋電元件；所述的可編程芯片可以是ASIC、DSP、FPGA、CPLD、MCU或者PLD；所述的可編程芯片可以是4位、8位、16位、32位或64位；所述的程序存儲(chǔ)器類型可以是可編程FLASH ROM、OTP ROM、MASK ROM或是EEPROM；所述的前置信號(hào)放大電路可以是JFET輸入型運(yùn)算放大器、PMOS輸入型運(yùn)算放大器、固定倍率的運(yùn)算放大器或者可編程的運(yùn)算放大器；所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路可采用8位、14位、16位、20位等不同精度的ADC；所述的可編程芯片的整個(gè)程序可以用C語(yǔ)言、VHDL語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言或其它程序語(yǔ)言編寫(xiě)。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型由所提交的權(quán)利要求書(shū)確定的專利保護(hù)范圍。