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红外感应模块测量系统设计

红外感应模块可广泛应用于辐射测温、红外光谱测量等领域,红外辐射的波长约为0.77~1000pm,不同波段的红外辐射有不同的应用。与常用的热探测器如测辐射热计和热电堆相比,该探测器具有以下特点:

良好的频率特性,其他热探测器热平衡后输出大,辐照时间需长于热平衡的时间常数(通常为几毫秒到几十毫秒)。而工作在非热平衡状态,热平衡时没有输出,所以辐照时间需小于热平衡时间常数(一般为0.1 ~ 1s)。也就是说,它的工作速度不受热平衡的限制,它的频率上限主要取决于它的等效电容和后续电路。

在室温下工作,无需制冷即可获得高灵敏度,与低温下高灵敏度的测辐射热计不相上下。输出阻抗是纯容性的,DC阻抗非常高。体积小,重量轻,坚固耐用,是一种理想的红外探测元件,在热探测领域占有重要的地位。

红外感应模块

1、测量原理

红外感应模块的原理是黑体辐射定律,自然界中绝对零度以上的物体都在不断辐射能量。物体辐射能量的大小和波长分布与其表面温度密切相关。物体的温度越高,红外辐射能力越强。当黑体处于温度t时,波长λ处的单色发射率由普朗克公式确定,即红外传感器由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成,元件的两面做成电极。当传感器监测范围内的温度变化t时,热电效应会在两个电极上产生电荷,即在两个电极之间产生微弱的电压V。检测变化的温度,经光电转换后,成为交流电压信号,供信号处理电路处理。

2、温度测量系统的总体设计

红外检测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,光学系统完成视场的确定,将聚焦在探测器上的红外能量转换成电信号,经放大滤波后转换成模数信号,送入单片机进行信号处理,液晶显示单元显示被测物体的温度值。

3、信号处理电路的设计

当光信号通过传感器时,就变成了交变脉冲信号。红外感应模块接收到的人体辐射信号微弱,只有微伏或纳微伏,所以在信号处理前需要放大。该系统将信号放大电路分为前置放大电路和后置放大电路进行处理,前置放大器要具有高增益和低噪声。高增益用于将微弱信号放大到一定程度以便进一步处理,低噪声用于保持尽可能高的信噪比。

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