中北大学2007届毕业设计说明书
图4.6示出PVF2热电型红外传感器的结构和等效电路，表4.2列出这种传感器的特性。传感器由TO-5型外壳的管盖部分、管底部分换用的FET、源电阻的电路元件和用以提高热效率的反射板以及支撑反射板的陶瓷连杆构成，在电器上和机械上连接固定。管盖部分由Si片密封的敏感窗和热电体的接地电极构成。
表4.2 热电红外线传感器特性
特性值
3~15 10
70（500K，3Hz） 1.0（500K，3Hz，50cm） -40~+80 100 2~15 35 -80~+1500 φ4
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图4.6 结构和等效电路
项目
工作电压（V） 输出阻抗（k?） 电压灵敏度(V/W) 输出电压(mV) 工作气氛温度(℃) 视场角(°) 响应波长范围(?m) 响应速度(ms) 测温范围(℃) 元件尺寸(mm)
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5 红外测温系统电路设计
5.1电源电路
220V交流电经变压器T降压变为15V交流电，再由 V1-V4桥式整流，C1 滤
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波，W7812稳压，得到 12V 直流电供给控制电路工作。如图5.1。
图5.1 电源电路
5.2 放大电路
这里说明放大部分的设计方法。红外线的斩波频率为5HZ，传感器的温度灵敏度为50?V/OC，最后输出可获得0.1V/oC，即约有60dB增益的放大部分。设计时必须考虑以下几点：(1)若有剧烈环境温度变化和外部噪声影响，则应有甚低频的偏置变动；（2）有工频（50～60Hz）噪声。因此必须设计有带通滤波器特性的放大部分。放大器由二级构成，初级设有高通滤波器，第二级设有低通滤波器。图5.2示出放大电路的典型例子。这里把各滤波器的截止频率设为fOH、fOL，品质因数Q设为QH、QL，增益G设为GH、GL时，则下列六个式子成立，即
GH?1?(Rf/R) （5.1） R2?4Q2R1 （5.2） R1?1/(4?QC1fOH) （其中C1?C2） （5.3）
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（5.4） CL?1?（R8/R9） （5.5） C4?Q/（?R6fOL） C5?1/(4?R6QLfOL) （其中R6?R7） （5.6）
图5.2 放大部分
若高通滤波器的增益GH为10，QH为0.8，fOH为2.5时，由式（5.2）和式
（5.3）可得，R1?187k?,R2?464k?(C1?C2?0.22?F) 。若低通滤波器的增益
GL?60，QL?0.7,fOL?16，由式（5.5）和式（5.6）可得，
C4?0.1?F,C5?0.039?F(R6?R7?169k?)。
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5.3 采样保持电路 采样保持电路斩波器的开关周期同步，用某一定宽度的脉冲信号将放大部分的输出信号抽样，则可构成脉冲保持电路。图5.3示出采样 保持电路实例。 若设采样时间为T1，保持时间为T2，则保持期间的下降电压?V3可由下式求出：
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图5.3 采样保持电路
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?V3?V3?V3e?T2CR （5.7）
式中，R为元算放大器A2的输入电阻、电容器C的引线电阻，以及模拟SW断通时的并联电阻之和，由（式5.7）可得：
C?T2V3R?lnV3??V3 （5.8）
斩波频率为5Hz时，因为T1?T2?200ms,T1?8ms,T2?192ms，设V3/?V3为1000时，C?0.027?F，故C为
0.18?F足够了。模拟SW使
用FET（2SK68A，NEC制），初级运算放大器A1可获得高增益。采取这样的结构，和放大器部分组合的电路增益约60Db。 5.4 温度补偿电路
若设斩波器的温度为
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Ta，待测物体的温度为T0，则由斯忒藩-玻尔兹曼定律可得红外线传感器的输出电
压Vs跟(T04?Ta4)的比值K。即
图5.4 温度补偿电路
Vs?K?(T04?Ta4) （5.9）由上式可知，要获得相当于待测物体的绝对温度的电压V0，应将V(Ta)?KTa4信号加到式 进行补偿。V(Ta)就是温度补偿电路的输出值。设Ta一定，由测定T0变化时的V0值便可 实现求出K值。
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