热释电红外报警实验
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热释电红外报警实验
一、实验目的
了解热释电红外传感器的工作原理及热释电效应,了解热释电红外报警器的的电路设计方法和调试,掌握热释电红外传感器的使用。
二、实验原理
1、热释电效应原理
当已极化的热电晶体薄片受到辐射热时候,薄片温度升高,极化强度
p下降,表面电荷减少,相当于“释放”一部
s
分电荷,所以起名叫热释电。
释放的电荷通过一系列的放大,转化成输出电压。
如果继续照射,晶体薄片的温度升高到Tc(居里温度)值时,自发极化突然消失。
不再释放电荷,输出信号为零, 热释电效应原理如图1-11所示。
1-11热释电效应
因此,热释电探测器只能探测交流的斩波式的辐射(红外光辐射要有变化量)。
当面积为A的热释电晶体受到调制加热,而使其温度T发生微小变化时,就有热释电电流。
dt dT
AP i ,A 为面积,P 为热电体材料热释电系数,dt
dT 是温度的变化率。
2、热释电红外报警实验原理
热释电红外报警电路,由传感器、检测放大电路、比较输出电路、驱动延时电路、继电器等组成,实验原理图如图1-12所示。
传感器及放大滤波部分:D 为电压输入端,允许输入电压1-15V 。
S 为信号输出端,与后级电路连接。
G 为接地端。
因其输出形式为电压信号且非常微弱,故需要进行阻抗变换和信号放大。
R2作为热释电传感器的负载,通过C2耦合到前级放大器A1,A1的增益为27倍,且由C4,R6组成了滤波网络对采集信号进行放大滤波。
同理A2组成一个低通反馈放大器,增益150倍。
经此两极放大滤波后信号被放大到4000倍以上。
其中R1,C1为退耦电路,R3,R5为偏置电路。
A1输出后的信号经C5耦合到后级放大器A2,A2在静态输出时约为4.5V 。
C3,C9为退耦电容。
比较输出部分:A3组成比较电路,当无报警信号输入时,其反向端电压大于同向端电压,比较器输出负电压,不能驱动后级电路产生报警信号,当有人入侵,有报警信号产生,比较器翻转输出正电压,驱动后级电路报警。
调节RP 可使比较器同向端电压在2.5-4V 之间变化,从而起到调节灵敏度的作用。
延时驱动部分:由T1,555I ,T2组成驱动电路。
当A 端有信号输入则C12将少量充电,若无再来脉冲则通过R17放电,若继续输入脉冲则使C12充电,当达到一定电压后使T1导通使555I 的2脚为低电平,使555I 组成的单稳态电路触发,使3脚输出为高电平。
从而使T2导通,使继电器吸合,控制报警器。
-12V
+12V AGND 总线插座
38
PLUG64-340 热释电
PIR-D PIR-S GND AGND
A+12V A-12V
热释电R g C 4
0.47uF R 1
1K C 3
10uF R 2
47K R 5100K
R 4
10K
R 3100K R 6270K -++CA3140
C 2
10uF C 510uF C 9
10uF R 9100K R 710K R 8
100K C 6
100uF C 7680pF C 80.47uF R 101.5M -++CA3140R 1115K
R p 4.7K R 148.2K R 1310K R 121K C 100.1uF -++
CA3140R 15
2K LED
A +9V D S G 78L09555555J
+12V +9V
C 110.1uF
D 1R 16
3.3K R 17
2.2M C 12
10uF D 2D 3R 1820K R 191M C 13
100uF VT1R 2020K VT2D 4C 14100uF R 21
48762
154876
215A
图1-12 红外报警实验原理
为确保报警的准确性,电路中还加入了延时电路,防止自己人未脱离报警区域,而产生误报。
由555II组成,上电时,由C14充电至一定电压,使2、6脚仍为高电平,使3输出低电平,而使555I的4为低,使单稳态不能工作,而其到上电,有输入信号不报警的作用。
延时结束后555I才能正常工作。
延时时间取决于C14、R21。
调节R21可调节延时时间。
三、实验仪器
1、光电检测与信息处理实验台(一套)
2、热释电实验板
3、热释电探头
4、光学支架
5、万用表
6、导线若干
7、十芯扁平线
四、实验步骤
1、按图1-12连接实验线路。
(1)将热释电实验板插在光电检测与信息处理实验台总线模块上的PLUG64—1、PLUG64—2、PLUG64—3的任意位置;
(2)将热释电探头的PIR—D、PIR—S、GND端分别接到总线模块的38、40和GND接线端子上;
(3)用连接导线将总线模块的32(比较器电路输出信号A),34(比较器同向端为基准电压),36(二级放大器输出信号)接线端子引出,作为测试点;
(4)将总线模块上的+12V、-12V和AGND接线端子接到系统资源模块上;
(5)用万用表检查实验线路保证线路连接准确无误后进入下一步。
2、打开电源,热释电实验板上的红灯会闪一下,表示上电。
经过10s的延时时间后,调节电位器R19,使得当用手靠近热释电,热释电工作,红灯亮;手离开时,热释电停止工作,红灯熄灭,蜂鸣器报警后停止。
3、数据记录,调解热释电实验板上的R P值,使总线插座的34接线端子(比较器同向端)在2.5V—4V范围内,可以提高热释电的灵敏度;测量总线插座的32接线端子的电
压,并记录有信号和无信号时的电压值;测量总线插座的36接线端子的电压,并记录有信号和无信号时的电压值;测量555I 的2脚电压,并在表八中记录有信号和无信号时的电压值。
表八热释电实验数据
32连线端子36连线端子555I的2脚信号输入\
测试点
无信号
有信号
五、思考题
上电后为什么要经过一段延时时间后,热释电方可以正常工作?。