KR960004255B1 - Sensing temperature compensating circuit - Google Patents
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Abstract
Description
제 1 도는 종래의 열선 검출센서의 블럭도,1 is a block diagram of a conventional hot wire detection sensor,
제 2 도는 종래의 열선 검출센서의 회로도,2 is a circuit diagram of a conventional hot wire detection sensor,
제 3 도는 본 발명의 온도보상을 위한 열선 검출센서의 증폭부 회로도,3 is a circuit diagram of an amplification unit of a heat ray detection sensor for temperature compensation of the present invention;
제 4 도는 본 발명의 써어미스터 특성 곡선도.4 is a thermistor characteristic curve of the present invention.
본 발명은 인체에서 발산되는 적외선 에너지를 감지하여 신호를 출력하는 열선 검출센서에 관한 것으로, 특히 인체의 온도와 비슷하거나 조금 더 클 때에도 인체의 움직임을 정확히 감지하여 경보신호를 출력하는 열선 검출센서회로에 관한 것이다.The present invention relates to a hot wire detection sensor that outputs a signal by detecting infrared energy emitted from the human body, and in particular, a hot wire detection sensor circuit that accurately detects the movement of the human body and outputs an alarm signal even when the temperature is similar to or slightly larger than the temperature of the human body. It is about.
요즈음, 역선 검축센서는 전등의 점멸동작, 내객용 차임신호 및 도난 방지용 벨 등 생활공간의 다방면에서 유용하게 사용되고 있다. 본 발명에서는 도난방지를 위해서 인체의 움직임을 감지하여 차임을 출력한다. 그리고, 사용분야를 응용하면 여러 다른 분야에 널리 적용된다.Nowadays, the reverse line sensor is useful in many aspects of living spaces such as flashing lights, passenger chime signals and anti-theft bells. In the present invention, the chime is output by detecting the movement of the human body to prevent theft. In addition, the application of the field of use is widely applied to many other fields.
일반적으로 인체, 벽, 마루, 건물 등을 포함하는 모든 물체는 각 표면 온도에 따른 고유영역의 에너지를 방사한다. 초전센서(Pyroelectric Infrared Sensor)는 인체의 온도에 따라 방출되는 적외선 에너지를 감지하는 센서이다. 통상 초전센서가 센싱하는 파장의 고유 대역폭은 7-14㎛ 정도이다. 상기와 같은 고유 대역폭을 가지는 이유는 초전센서가 인체온도 부근의 온도변화에만 반응하도록 하기 위해서이다.In general, all objects, including the human body, walls, floors, buildings, and the like radiate energy in their own region with respect to each surface temperature. Pyroelectric Infrared Sensor is a sensor that detects infrared energy emitted according to the temperature of the human body. Typically, the intrinsic bandwidth of the wavelength sensed by the pyroelectric sensor is about 7-14 μm. The reason for having the inherent bandwidth as described above is to allow the pyroelectric sensor to respond only to temperature changes near the human body temperature.
제 1 도는 종래의 열선 검출센서의 블록도이다. 상기 열선 검출센서는, 물체의 온도에 따른 적외선 에너지를 반사경을 통하여 집광하는 집광기(10)와, 집광기(10)에 의해서 모아진 에너지 중 인체온도에 따른 적외선 에너지만을 선택하여 전기신호로 변환출력하는 초전센서(12)와, 상기 초전센서(12)로부터 출력되는 전기 신호를 소정량만큼 증폭출력하는 증폭부(14)와, 상기 증포부(14)로부터 출력되는 전압과 미리 설정된 기준전압을 비교하여 기준 설정치 이상일 때 신호를 출력하는 비교부(16)와, 상기 비교부(16)로부터 출력되는 신호에 의하여 경보신호를 출력하는 발신부(18)로 구성되어 있다.1 is a block diagram of a conventional hot wire detection sensor. The heat ray detection sensor includes a light collector 10 for collecting infrared energy according to a temperature of an object through a reflector, and a pyroelectric element for converting and outputting only infrared energy according to a human body temperature among the energy collected by the light collector 10. Comparing a sensor 12, an amplifier 14 for amplifying and outputting an electric signal output from the pyroelectric sensor 12 by a predetermined amount, and comparing the voltage output from the amplifier 14 with a preset reference voltage Comparing unit 16 for outputting a signal when the set value or more, and the transmitting unit 18 for outputting an alarm signal by the signal output from the comparing unit 16.
제 1 도의 증폭부(14) 및 비교부(16)는 제 2 도에서 구체적인 회로로서 도시되고 있다.The amplifier 14 and comparator 16 in FIG. 1 are shown as a specific circuit in FIG.
우선 상기 제 1 도와 제 2 도를 첨부하여 종래의 열선 검출센서의 동작을 설명함에 있어 상기 주위의 온도가 인체의 온도보다 적지않은 온도의 상태라는 가정하에 설명한다.First, in the description of the operation of the conventional hot wire detection sensor with reference to FIGS. 1 and 2, it will be described under the assumption that the ambient temperature is not less than the temperature of the human body.
먼저 제 1 도를 참조한다. 물체의 온도에 따라 방사되는 적외선 에너지는 각기 고유 주파수의 영역을 가지며, 반사경을 통하여 집광기(10)로 집광된다. 상기 집광기(10)는 센서 주변 근거리 영역의 적외선 에너지를 상기 반사경을 통하여 모아 초전센서(12)의 광학필터에 초점을 맞추어 준다. 광학필터와 FET로 구성된 초전센서(12)에서, 상기 광학필터는 인체에서 발산되는 적외선 영역만을 감지하여 신호를 출력하고, FET는 상기 광학필터를 통과한 신호를 입력으로 입력신호의 변화, 즉 온도의 변화(열량의 변화)가 존재할 때 동작하여 전기적 신호로 출력한다.Reference is first made to FIG. The infrared energy radiated according to the temperature of the object has a region of a natural frequency, and is condensed by the light collector 10 through a reflector. The light collector 10 focuses the infrared energy of the near area around the sensor through the reflector to focus the optical filter of the pyroelectric sensor 12. In the pyroelectric sensor 12 composed of an optical filter and a FET, the optical filter detects only an infrared region emitted from the human body and outputs a signal, and the FET inputs a signal passing through the optical filter to change the input signal, that is, temperature It operates when there is a change of (calorie change), and outputs it as an electrical signal.
여기서, 초전센서(12)의 주위 온도가 가정함과 같이 인체의 온도와 비슷하기 때문에 초전센서(12)로 입력되는 신호의 변화가 미약해져 전기적 신호로 변환출력되는 신호의 양도 적게 되어 출력된다. 증폭부(14)는 상기 초전센서(12)로부터 출력되는 미약한 신호를 일정한 증폭계수로 증폭 출력한다.Here, since the ambient temperature of the pyroelectric sensor 12 is assumed to be similar to the temperature of the human body, the change in the signal input to the pyroelectric sensor 12 is weak, and the amount of the signal converted into the electrical signal is also reduced. The amplifier 14 amplifies and outputs a weak signal output from the pyroelectric sensor 12 with a constant amplification coefficient.
제 1 도의 증폭부(14)는 제 2 도에 구체적으로 도시한바와 같이 제 1 증폭기(14a)와 제 2 증포기(14b)로서 2단으로 구성되어 있다. 상기와 같이 2단으로 증폭기를 구현하는 이유는 초전센서(12)에서 출력되는 신호가 OP앰프의 반전단자(-)나, 비반전단자(+)의 입력단에 관계없이 입력하여 입력신호와 동일한 부호의 신호로 증폭출력하기 위해서이고, 한번에 큰 전압으로 증폭할 때 생길 수 있는 발진을 막기 위해서이다.The amplifier 14 of FIG. 1 is composed of two stages as the first amplifier 14a and the second amplifier 14b, as specifically shown in FIG. The reason why the amplifier is implemented in two stages as described above is that the signal output from the pyroelectric sensor 12 is input regardless of the input terminal of the inverting terminal (-) of the OP amplifier or the non-inverting terminal (+) and has the same sign as the input signal. This is to amplify and output the signal of, and to prevent oscillation that can occur when amplifying a large voltage at once.
비교부(16)는 상기 증폭부(14)로부터 출력되는 증폭신호(Vmaf)를 입력으로 미리 설정된 기준설정전압(Vref)과 비교하여 기준설정전압(Vref) 이상일 때 신호(Vack)를 출력한다. 여기서, 기준설정전압(Vref)은 인체에서 발생되는 열량의 최소량의 값이다. 이때 증폭부(14)로부터 출력되는 신호(Vamf)는 기준설정전압(Vref)보다 적기 때문에 신호(Vack)를 출력하지 않는다. 따라서 발신부(18)는 상기 비교부(16)로부터 신호(Vack)가 출력되지 않기 때문에 경보신호(ALRM)를 출력하지 않는다.The comparator 16 compares the amplified signal Vmaf output from the amplifying unit 14 with the reference set voltage Vref preset as an input and outputs a signal Vack when the reference set voltage Vref is greater than or equal to the reference set voltage Vref. Here, the reference set voltage Vref is a value of the minimum amount of heat generated in the human body. At this time, since the signal Vamf output from the amplifier 14 is smaller than the reference set voltage Vref, the signal Vack is not output. Therefore, the transmitter 18 does not output the alarm signal ALRM because the signal Vack is not output from the comparator 16.
상기와 같이 종래의 열선 검출센서는 센서 주위의 온도가 인체의 온도와 같거나 클때는 초전센서로 입력되는 열량의 변화(온도의 변화)가 적어져 전기적 신호로 변환되는 신호값이 적어져 진다. 종래의 열선 검출센서는 센서주위의 온도가 인체온도 부근일 경우, 인체의 온도를 감지하여 전기적 신호로 변환, 증폭하여 출력하여도 기준 설정값보다 적기 때문에 신호가 출력되지 않아 경보가 발생되지 않는 경우가 발생해 문제가 되어 왔다.As described above, when the temperature around the sensor is equal to or greater than the temperature of the human body, a change in the amount of heat inputted into the pyroelectric sensor (change in temperature) decreases and a signal value converted into an electrical signal decreases. In the case of a conventional hot wire detection sensor, when the temperature around the sensor is near the human body temperature, the alarm is not generated because the signal is not output because the sensor's temperature is less than the reference set value even though the human body's temperature is detected, converted, and amplified and output. Has been a problem.
따라서, 본 발명의 목적은 인체의 온도와 비슷하거나 조금 더 클 때에도 인체의 동작을 감지하여 경보신호를 출력하는 열선 검출센서회로를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a hot wire detection sensor circuit that outputs an alarm signal by detecting the motion of the human body even when the temperature of the human body is similar to or slightly larger than the human body temperature.
본 발명의 다른 목적은 열선 검출센서의 주위 온도 변화에 대해 인체에서 발산되는 온도를 정확하게 감지하여 경보토록 하는 열선 검출센서회로를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a hot wire detection sensor circuit for accurately detecting the temperature emitted from the human body to the ambient temperature change of the hot wire detection sensor to alert.
이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
종래의 열선 검출센서 중 제 1 도의 집광기(10), 초전센서(12), 비교부(16) 및 발신부(18)는 본 발명의 회로구성과 동일하며 따라서 제 3 도에서는 이러한 구성부분이 생략되고 있음을 유의하여야 한다.The condenser 10, the pyroelectric sensor 12, the comparator 16, and the transmitter 18 of FIG. 1 of the conventional heat ray detection sensor are the same as the circuit configuration of the present invention, and thus, these components are omitted in FIG. It should be noted that
따라서 제 3 도에서는 본 발명의 온도보상 열성 검출센서의 증폭부를 자세히 보여주고 있다. 제 3도의 구성은, 초전센서(12)로부터 출력되는 미소량의 전기적 신호를 입력으로 증폭하는 제 1 증폭기(30)와, 인체온도 부근에서 큰 부온도특성의 저항값으로 가변되어 상기 제 1 증폭기(30)의 증폭도를 가변시키는 제 1 써어미스터(32)와, 상기 제 1 증폭기(30)로부터 출력되는 신호를 재차 증폭하여 출력하는 제 2 증폭기(34)와, 제 1 써어미스터(32)와 동일한 특성을 나타내는 제 2 써어미스터(34)로 구성한다. 상기 제 1, 제 2 써어미스터(32,34)의 증폭이득이 크게 되도록 가변하는 수단이 된다.Therefore, Figure 3 shows in detail the amplifier of the temperature compensation recessive detection sensor of the present invention. The configuration of FIG. 3 includes a first amplifier 30 for amplifying a small amount of electrical signal output from the pyroelectric sensor 12 as an input, and a first negative amplifier variable near the human body temperature to a large negative temperature resistance value. A first thermistor 32 for varying the degree of amplification of 30, a second amplifier 34 for amplifying and outputting a signal output from the first amplifier 30 again, a first thermistor 32, It consists of the 2nd thermistor 34 which shows the same characteristic. It becomes a means for varying so that the amplification gain of the said 1st, 2nd thermistor 32,34 may become large.
제 4도는 상기 제 1, 제 2 써어미스터(32,34)의 온도 특성 곡선을 보여주고 있다.4 shows the temperature characteristic curves of the first and second thermistors 32 and 34.
지금 제 3 도와 제 4 도를 참조하면, 초전센서(제 1 도의 12)로부터 출력되는 미소량의 전기신호(Vp)는 제 1 증폭기(30)로 입력된다. 제 1, 제 2 써어미스터(THRI,2)(32)(36)는 부온도 특성을 가진다. 상기 제 4 도의 온도 특성 곡선을 참조하여 부온도 특성의 실시예를 보면, 25℃일 경우는 20㏀ 내외의 저항값을 나타내며, 35℃일 경우는 5㏀ 내외의 저항값을 나타낸다. 그리고, 인체의 온도(약 30℃)부근보다 낮은 온도(25℃ 이하)일 때는 낮은 값의 부기울기를 갖는다. 제 1 증폭기(30)는 미소량의 전기신호(Vp)의 입력에 응답하여 제 1 써어미스터(32)의 온도변화에 대한 저항의 변화에 기인하여 인체온도 부근일 때는 충분히 큰 전압의 제 1 증폭신호(VAF1)를 출력한다. 제 2 증폭기(34)도 상기 제 1 증폭부(30)와 제 1 써어미스터(32)와 동일한 동작으로 제 2 증폭신호(VAF2)를 출력한다.Referring now to FIGS. 3 and 4, the small amount of electrical signal Vp output from the pyroelectric sensor 12 of FIG. 1 is input to the first amplifier 30. The first and second thermistors (THRI) 2 and 32 and 36 have negative temperature characteristics. Referring to the embodiment of the negative temperature characteristic with reference to the temperature characteristic curve of FIG. When the temperature is lower than the human body's temperature (about 30 ° C), it has a low value of swelling. The first amplifier 30 is the first amplification of a sufficiently large voltage when near the human body temperature due to the change in resistance to the temperature change of the first thermistor 32 in response to the input of the minute amount of the electrical signal (Vp) Output the signal VAF1. The second amplifier 34 also outputs the second amplified signal VAF2 in the same operation as that of the first amplifier 30 and the first thermistor 32.
상기의 증폭기를 2단으로 구현한 이유는 초전센서(제 1 도의 12)로부터 출력하는 전기신호(Vp)를 증폭기의 반전단자의 입력단이나 비반전 단자의 입력단 중에 어느 단에 신호(Vp)를 입력하여도 입력신호와 같은 부호의 신호(VAF2)를 증폭 출력하기 위해서이다.The reason why the amplifier is implemented in two stages is that the electrical signal Vp output from the pyroelectric sensor (12 in FIG. 1) is input to either the input terminal of the inverting terminal of the amplifier or the input terminal of the non-inverting terminal. Even if the signal VAF2 having the same sign as the input signal is amplified and output.
상기 제 2 증폭기(34)로부터 출력되는 증폭신호(VAF2)는 비교부(제 1 도의 16)로 입력된다.The amplified signal VAF2 output from the second amplifier 34 is input to the comparator (16 in FIG. 1).
상기 비교부(제 1 도의 16)는 인체의 출현이 감지되었을 때 주위 환경이 온도변화에 관계없이 제 1 도의 비교부(16)의 기준설정값(Vref) 이상이 되어서 발신부(제 1 도의 18)로 신호를 출력한다. 상기 발신부(제 1 도의 18)는 비교부(16)에서 출력되는 신호에 의해서 경보신호(ALRM)를 출력한다.When the appearance of the human body is detected, the comparator (16 in FIG. 1) becomes a transmitter (18 in FIG. Output the signal with). The transmitter (18 in FIG. 1) outputs an alarm signal ALRM by the signal output from the comparator 16. FIG.
이하 초전센서(12)주위의 온도가 인체온도 부근일 때, 제 3 도의 증폭부에서 증폭이득 제어하는 동작을 더욱 상세히 설명한다. 하기 동작설명에서 증폭기들(30,32)의 반전단자(-)에 연결된 써어미스터(32,34)는 동일 소자이며 동일한 특성을 나타내므로 써어미스터(32)만 언급할 것이다. 그러나 적용은 써어미스터(34)에도 되고 있음을 유의해야 한다.Hereinafter, the operation of controlling the amplification gain in the amplifier of FIG. 3 when the temperature around the pyroelectric sensor 12 is near the human body temperature will be described in more detail. In the following description of the operation, the thermistors 32 and 34 connected to the inverting terminals (-) of the amplifiers 30 and 32 are the same device and have the same characteristics, so only the thermistor 32 will be referred to. However, it should be noted that the application is also applied to the thermistor 34.
초전센서(12)로부터 출력되는 신호는 증폭기(30)인 OPD앰프의 비반전단자(-)에 입력된다.The signal output from the pyroelectric sensor 12 is input to the non-inverting terminal (-) of the OPD amplifier which is the amplifier 30.
써어미스터(32)는 주위의 온도가 기본상온(25℃)이하일 때는 거의 동작하지 않기 때문에 제 1 증폭기(30)는 제 2 도에 도시된 종래의 증폭기(30)와 동일한 증폭동작을 수행한다. 그러나, 주위의 온도가 상온 25℃부터 35℃ 사이 일때는 즉, 주위의 온도가 인체의 온도와 비슷할 때, 사기 제 1 써어미스터(32)는 제 4 도의 특성곡선과 같이 온도에 대하여 큰 기울기의 부저항 특성을 나타내어 상온(25℃)때 보다 낮은 저항값을 나타낸다. 상기 제 1 써어미스터(32)의 저항값 THR1은 저항 R2의 값보다는 매우 큰 값으로 유지하고 있으므로, 제 1 써어미스터(32)의 저항값 THR1에 대비한 저항 R2의 저항값은 무시할 수 있는 정도이다.Since the thermistor 32 hardly operates when the ambient temperature is below the basic room temperature (25 ° C.), the first amplifier 30 performs the same amplification operation as the conventional amplifier 30 shown in FIG. However, when the ambient temperature is between 25 ° C and 35 ° C, that is, when the ambient temperature is similar to that of the human body, the first thermistor 32 has a large gradient with respect to the temperature as shown in the characteristic curve of FIG. Negative resistance characteristics are shown, and lower resistance values are obtained at room temperature (25 ° C). Since the resistance value THR1 of the first thermistor 32 is maintained at a much larger value than the value of the resistance R2, the resistance value of the resistance R2 compared to the resistance value THR1 of the first thermistor 32 is negligible. to be.
따라서 상기 제 1 써어미스터(32)의 저항값 THR1의 감소로 인해 제 1 증폭기(30)은 상온때보다 더 높은 증폭도를 나타낸다. 그리고 다음 단에 연결된 제 2 증폭기(34)도 마찬가지로 제 1 증폭기(30)와 같은 증폭도로서 재차 증폭한다.Therefore, due to the decrease in the resistance value THR1 of the first thermistor 32, the first amplifier 30 exhibits a higher degree of amplification than at room temperature. The second amplifier 34 connected to the next stage also amplifies again with the same amplification degree as the first amplifier 30.
상기 제 1, 제 2 증폭기(30,34)의 증폭도(Av1, Av2)의 계산식은 하기와 같다.The calculation formulas of the amplification degrees Av1 and Av2 of the first and second amplifiers 30 and 34 are as follows.
제 1 증폭기(30)의 증폭도 Av1 = 1 + (R3/R2 + THR1)Amplification degree Av1 = 1 + (R3 / R2 + THR1) of the first amplifier 30
제 2 증폭기(34)의 증폭도 Av2 = 1 + (R6/R5 + THR2)Amplification degree Av2 = 1 + (R6 / R5 + THR2) of the second amplifier 34
사기 계산식을 살펴보면, 상기 제 1 써어머스터(32)의 저항값 THR1 및 제 1 써어미스터(32)의 저항값 THR2가 적어짐에 따라 증폭도가 높아짐을 쉽게 알 수 있다.Looking at the fraud calculation formula, it can be easily seen that the amplification degree increases as the resistance value THR1 of the first thermistor 32 and the resistance value THR2 of the first thermistor 32 decrease.
상기 증폭된 값은 제 2 도에 도시된 비교부(16)의 기준설정값(Vref)보다 충분히 크므로 비교부(16)는 발신부(18)로 신호(Vack)를 출력한다. 그에 의해 발신부(18)는 알람(ALRM)을 출력한다.Since the amplified value is sufficiently larger than the reference set value Vref of the comparison unit 16 shown in FIG. 2, the comparison unit 16 outputs a signal Vack to the transmitter 18. As a result, the transmitter 18 outputs an alarm ALRM.
상술한 바와 같이 본 발명은 주위의 온도가 상승함으로 초전센서에서 출력되는 신호값이 작더라도 온도 보상회로의 전압가변으로 증폭도를 크게하여 인체의 열량을 정확히 감지하여 신호를 출력한다.As described above, the present invention outputs a signal by accurately detecting the amount of heat of the human body by increasing the degree of amplification by the voltage variation of the temperature compensation circuit even if the signal value output from the pyroelectric sensor is small due to the increase in the ambient temperature.
상기와 같은 본발명 회로는 온도 상승에 따른 센서의 오동작을 방지할 수 있어 열선 검출센서의 안정한 동작을 가져 오는 이점이 있다.The present invention as described above can prevent the malfunction of the sensor due to the temperature rise has the advantage of bringing a stable operation of the hot wire detection sensor.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
G160 | Decision to publish patent application | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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EXPY | Expiration of term |