热释电传感器
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实验三十一热释电传感器超低频信号放大实验
一、实验目的
1、了解热释电传感器的原理。
2、学习运算放大器作前置多级放大电路的应用。
二、实验内容
利用运算放大器如何实现超低频信号的放大实验。
三、实验仪器
传感器检测技术综合实验台、热辐射传感器实验模块、示波器、导线。
四、实验原理
热释电器件是一种利用某些晶体材料的自发极化强度随温度变化而产生的热释电效应制成的新型热探测器件,它相当于一个以热电晶体为电介质的平板电容器。
热电晶体具有自发极化性质,自发极化矢量能够随着温度变化,所以入射辐射可引起电容器电容的变化,因此可利用这一特性来探测变化的辐射。
图31-1 热释电器件外形图和内部结构图
热释电红外传感器内部由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成。
敏感单元:其内部结构,对于不同的传感器来说,敏感单元的制作材料不同。
从原理上讲,任何发热体都会产生红外线,热释电红外传感器对红外线的敏感程度主要表现在传感器敏感单元的温度所发生的变化,而温度的变化导致电信号的产生。
所以,红外传感器只对物体的移动或运动敏感,对静止或移动很缓慢的物体不敏感,它可以抗可见光的干扰。
滤光窗:人体辐射的最强的红外线的波长正好落在滤光窗的响应波长(7um~14um)的中心。
所以,滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过,而最大限度地阻止阳光、灯光等可见光中的红外线通过,以免引起干扰。
菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理,在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”,以提高它的探测接收灵敏度。
当有人从透镜前走过时,人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”,这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入,从而强其能量幅度。
处理电路如下:
R1
22K R2
47K R3
330K
R5
22K
R6
22K
R7
330K
1 J
2 CON1
R4
1K
R8
1K
+5V
C1
104
C2
104
E1
47u f
U2B
LM358
U2A
LM358
1
J3
CON1
C4
104
E2
47u f
1
1
3
3
2
2
W4
100k
+5V
R24
22K
图31-2 热释电超低频信信号放大实验处理电路
五、实验注意事项
1、实验操作中不要带电插拔导线,应该在熟悉原理后,按照电路图连接,检查无误后,方可打开电源进行实验。
2、严禁将任何电源对地短路。
六、实验步骤
1、用导线将主台体的+5V电源引入到热辐射传感器实验模块。
2、用导线将热释电传感器单元的JI与信号放大单元的J2脚相连。
3、打开主台体电源和热辐射传感器实验模块电源,用电压表测量J1的输出电压值,待稳定后记录下来。
4、用示波器探头1测试J2处的信号波形,当用手在透镜前方平行移动(从透镜的左边向右边移动)时,观察此时波形变化情况。
(注:示波器与模块必须共地)
5、用示波器探头2测试J3处的信号波形,当用手在透镜前方平行移动(从透镜的左边向右边移动)时,观察J3输出波形变化情况。
6、实验完毕后,关闭电源,拆除导线并放置好示波器。
七、思考题
在通常情况下,热释电红外传感器都会配合菲涅尔透镜使用,请想一下菲涅尔透镜的作用是什么?。