PDF《红外探测传感器设计》

第39 卷第

2 期应用科技Vol.

39, No.2

2012 年4月Applied Science and Technology Apr.

2012 doi:10.3969/j.issn.1009-671X.

201112014 红外探测传感器设计 吴斌1 ,安琳2 1.哈尔滨工程大学 信息与通信工程学院,黑龙江 哈尔滨

150001 2.西安工业大学 机电工程学院,陕西 西安

710032 摘要:分析了红外辐射温度测量电路光电转换的基本原理,从实际应用情况入手,设计用于高速运动或运转物体的温 度测量.硬件电路主要包括光电转换、前置放大、低通滤波器、后级放大. 介绍了电路各个部分的作用和设计方法.最后 对电路噪声特性进行研究,提出改善信噪比的方法. 关键词:红外探测传感器;

红外辐射;

温度测量;

光电转换;

噪声分析 中图分类号:TB941 文献标志码:A 文章编号:1009-671X(2012)02-0001-05 Design of an infrared detection sensor WU Bin,AN Lin 1. College of Information and Communication Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China 2. College of Mechanical and Electrical Engineering, Xi'

an University of Technology, Xi'

an 710032, China Abstract:This paper analyzes the basic principle of photoelectric conversion in the thermal radiation temperature measuring system. Starting from the actual application, a temperature measurement system for high-speed moving or running objects is designed. The hardware circuit mainly includes photoelectric conversion module, preamplifier module, low-pass filter, post-level amplification module. This paper describes the function and design methods for every module of the circuit. Finally, a method is proposed to improve the signal to noise ratio by researching on the system noise. Keywords: infrared detection sensor;

infrared radiation;

temperature measurement;

photoelectric conversion;

noise analysis 温度是确定物质状态的重要参数之一,它的测 量与控制在国防、军事、科学实验及工农业生产中 具有十分重要的作用,特别是高温测量在航天、航海、材料、能源、冶金等领域中占有极重要的地 位[1] .

1 温度的测量大致可分为

2 种:接触法和非接 触法.在接触测温法中, 热电偶和热电阻温度计应用 最为广泛,该方法的优点是设备和操作简单,测得 的是物体的真实温度等,其缺点是动态特性差,由 于要接触被测物体,故对被测物体的温度分布有影 响,且不能应用于高温测量;

因此,在高温测量领 域中, 非接触测温法发挥着不可替代的作用.目前非 接触测温法仍以辐射测温为主,在过去相当长的时 间里,辐射测温法的可靠性和抗干扰性都不太高, 且测量范围往往仅限于较高温度;

但近

20 多年, 由 于电子技术的飞速发展、半导体材料的进步及计算 收稿日期:2011-12-08. 基金项目:国家

863 基金资助项目(SQ2010AA1100846004). 作者简介:吴斌(1986-),男,硕士研究生,主要研究方向:红外辐 射测温技术,E-mail:[email protected]. 机技术的发展与应用,又由于辐射温度计具有无测 量上限、响应速度快及不接触被测对象、不影响被 测温度场等特点,辐射测温技术得到长足的进步和 发展[2] .由于红外测温拥有快捷、 轻便、 安全等优点, 使得红外测温技术在各个领域的使用越来越普及.

1 基本原理 半导体材料对光的吸收遵从如下指数规律[3] : ( )

0 ( ) [2 e ] a x P x P λ ? = ? . (1) 式中:a(λ)是当光的波长为λ时的吸收系数,P0是入 射于光探测器上的光功率,P(x)是在距离x中吸收的 光功率. 光照下,PIN 光电二极管 PN 结的伏安特性为