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分析热释电探测器的特点和原理

发表时间:2021-04-22  |  点击率:68
   热释电红外探测器简称热释电探测器,是近十年来在热探测领域得到重要发展的一种新型热探测器。据报这种探测器可以广泛地用于辐射温度测量、红外光谱测量等领域。
  分析热释电探测器的特点和原理:
  而在室温下工作,不需制冷即能获得很高的灵敏度,可与低温下高灵敏度的测辐射热计相媲美。
  输出阻抗是纯电容性的,直流阻抗高。
  体积小、重量轻、坚固。
  因此,热释电探测器是一种很理想的红外辐射探测器,在热探测领域中占有十分重要的位置。
  1. 测量原理
  红外测温仪的测温原理是黑体辐射定律。,自然界中一切高于绝对零度的物体都在不停向外辐射能量,物体向外辐射能量的大小及其波长的分布与它的表面温度有着十分密切的联,物体的温度越高,所发出的红外辐射能力越强。黑体处于温度 T 时,在波长为λ处的单色辐射出度由普朗克公式确定。
  热释电红外传感器由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成,元件两个表面做成电极,当传感器监测范围内温度有 T 的变化时,热释电效应会在两个电极上产生电荷,即在两电极之间产生微弱电压 V。热释电探测器检测到变化的温度,经光电转换后,变成一个交流电压信号供信号处理电路进行处理。可由普朗克公式推导出辐射体温度的公式:
  其中,T1 为测目标的温度;T2 为环境温度;ε1 为被测目标辐射率;ε2 为环境的辐射率;σ为斯忒藩 - 玻耳兹曼常数,且σ=5.6703×10-8W·m-2·K-4;K 为表示探测器的灵敏度,且有
  K=R·α·ε·σ1R
  其中,R 表示挥测器的灵敏度;ε为辐射体的辐射率,定标时一般取 1;α为与大气衰减距离有关的常数。
  2. 测温系统整体设计
  红外测温仪的系统主要由光学系统、光电转换、信号处理、显示输出等部分组成。光学系统完成视场大小的确定,热释电探测器用将聚焦在探测器上的红外能量转换成电信号,经过放大、滤波后进行模/数转换,并送至单片机进行信号处理,液晶显示单元显示出被测目标的温度值。
  3. 信号处理电路设计
  当光信号经过热释电传感器后,就变为交变的脉冲信号,热释电传感器接收到的人体辐射信号很微弱,只有微伏或纳微伏数量级,故需要放大后才能进行信号处理。
  本系统把信号的放大电路分为前置放大电路和后级放大电路进行处理。前置放大器必须是高增益和低噪声的,高增益是用来把微弱信号放大到一定电平,以便进一步再作处理,低噪声是为了保持尽可能高的信噪比。
  放大电路采用低失调精密运算放大芯片,其内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器,适合于电源电压范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式。系统的信号放大电路。
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