紅外測(cè)溫系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)許多生產(chǎn)工藝過(guò)程均要求對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)視和控制，特別是在化工、食品等行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，動(dòng)的存在,就會(huì)不斷地向四周輻射電磁波,其中就包含了波段位于0.75~100μm的紅外線.紅外測(cè)溫儀就是利用這一原理制作而成的。因此，紅外測(cè)溫儀具有使用方便，反應(yīng)速度快，2.紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)原理一切溫度高于絕對(duì)零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻的客觀基礎(chǔ)。界中并不存在真正的黑體，但是為了弄清和獲得紅外輻射分布規(guī)律，在理論研究中必須選擇合適的模型，這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型，從而導(dǎo)出了普朗克黑體輻射由于黑體的光譜輻射功率Pb(λΤ)與絕對(duì)溫度Τ之間滿足普朗克定理：(1)(1)b2T度；式(1)說(shuō)明在絕對(duì)溫度Τ下，波長(zhǎng)λ處單位面積上黑體的輻射功率為Pb(λΤ)。根據(jù)這個(gè)關(guān)(1)隨著溫度的升高，物體的輻射能量越強(qiáng)。這是紅外輻射理論的出發(fā)點(diǎn)，也是單波段紅外(2)隨著溫度升高，輻射峰值向短波方向移動(dòng)(向左)，并滿足維恩位移定理T*λm=2897.8μm*K，峰值處的波長(zhǎng)λm與絕對(duì)溫度Τ成反比，虛線為λm處峰值連線。這個(gè)公式告訴我們?yōu)槭裁锤邷販y(cè)溫儀多工作在短波處，低溫測(cè)溫儀多工作在長(zhǎng)波處。(3)輻射能量隨溫度的變化率，短波處比長(zhǎng)波處大，即短波處工作的測(cè)溫儀相對(duì)信噪比高(靈敏度高)，抗干擾性強(qiáng)，測(cè)溫儀應(yīng)盡量選擇工作在峰值波長(zhǎng)處，特別是低溫小目標(biāo)的情況下，這一點(diǎn)顯得尤為重要。黑體的輻出度Pb(Τ)與溫度Τ的四次方成正比，即：bσ—斯特藩—玻耳茲曼常量；式(2)中黑體的熱輻射定律正是紅外測(cè)溫技術(shù)的理論基礎(chǔ)。如果在條件相同情況下，體的單色黑度ε(λ)，即實(shí)際物體接近黑體的程度。隨不同物質(zhì)而值不同，即使是同一種物質(zhì)因其結(jié)構(gòu)不同值也不同，只有黑體ε=1，而一般灰b (c裝)式(4)正是物體的熱輻射測(cè)溫的數(shù)學(xué)描述。紅外測(cè)溫采用逐點(diǎn)分析的方式，即把物體一個(gè)局部區(qū)域的熱輻射聚焦在單個(gè)探測(cè)器上，算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度值。電紅外探測(cè)器調(diào)制盤如圖3所示紅外測(cè)溫儀是根據(jù)物體的紅外輻射特性,依靠其內(nèi)部光學(xué)系統(tǒng)將物體的紅外輻射能量匯聚到探測(cè)器(傳感器),并轉(zhuǎn)換成電信號(hào),再通過(guò)放大電路、補(bǔ)償電路及線性處理后,在顯示終端顯示被測(cè)物體的溫度。系統(tǒng)由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成,其核心是紅外探測(cè)器,將入射輻射能轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電信號(hào)(見(jiàn)4圖)。熱釋熱釋外探電機(jī)信號(hào)處理電路目標(biāo)系統(tǒng)補(bǔ)償電路圖4紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.紅外測(cè)溫儀光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將該光學(xué)透鏡置于紅外熱釋電傳感器上。這可以提高探測(cè)器的傳感器上。這可以提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離，菲涅爾透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路敏區(qū)”，以提高它的探測(cè)接收靈敏度。當(dāng)被測(cè)物從透鏡前經(jīng)過(guò)時(shí)，發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而濾濾光片熱釋電紅外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)如圖6所示，通常由熱釋電晶體、氧化膜、濾光鏡片、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管FET和電阻等部分組成。熱釋電晶體一般采用PZT(鉛陶瓷)或其他壓電晶體材料，將中的熱釋電傳感器采用的濾光片可以通過(guò)的紅外波長(zhǎng)為8~14um，而人體輻射的紅外線波長(zhǎng)高，而輸出電信號(hào)微弱，故在其內(nèi)部裝設(shè)場(chǎng)效應(yīng)管(FET)及偏置電阻，以進(jìn)行信號(hào)放大及阻圖6熱釋電紅外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)圖7雙探測(cè)元熱釋電紅外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)圖阻阻抗高達(dá)10000兆歐，故引入N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管接成共漏形式(即漏極跟隨器)來(lái)完成阻抗變換。如圖7.傳感器將兩個(gè)特性相同的熱釋電晶體逆向串聯(lián)，用來(lái)防止其他紅外光引起傳消，避免出現(xiàn)檢測(cè)誤差。該傳感器使用時(shí)，D端(漏極)接電源正極，G端(柵極)接電源負(fù)極，s端(源極)為信號(hào)輸出。熱釋電紅外傳感器內(nèi)部由光學(xué)濾鏡、場(chǎng)效應(yīng)管、紅外感應(yīng)源(熱釋電晶體)、偏置電阻、EMI電容等元器件組成，其內(nèi)部電路框圖如圖8所示。圖8熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框4.紅外測(cè)溫儀電路設(shè)計(jì)4.1測(cè)量電路選用的是RE200B雙元熱釋電傳感器，這種傳感器靈敏元面積2.0×1.0mm2，基片厚度0.5mm，工作波長(zhǎng)7-14μm，平均透過(guò)率＞75%，輸出信號(hào)＞2.5V(420°k黑體1Hz調(diào)制頻率0.3-3.0Hz帶寬72.5db增益)，噪聲＜200mV(mVp-p)(25℃)，平衡度＜20%，工作電壓2.2-15V，工作電流8.5-24μA(VD=10V,Rs=47kΩ,25℃)，源極電壓0.4-1.1V(VD=10V,Rs=47kΩ,25℃)，工作溫度-20℃-+70℃，保存溫度-35℃-+80℃，視場(chǎng)139°×126°。并且采用雙靈敏元互補(bǔ)方法有效的抑制溫度的起伏、振動(dòng)溫度變化產(chǎn)生的干擾，提高了傳感器的工作穩(wěn)定性，并且它的各項(xiàng)指數(shù)都比較好。適用于對(duì)人體溫度和一些生產(chǎn)線上溫度不是很高的地方使用。熱釋電傳感器與溫度儀的連接框圖：BDSE放大器濾光片濾波器A2濾光片積分器A3A/D轉(zhuǎn)換器LCD顯示器圖9傳感器單元與熱輻射溫度儀框圖DJA10.22uFAA1DJA10.22uFAA1230Ω圖12測(cè)量部分電路R3220K2C2244.2積分顯示電路KC力強(qiáng)；并且它的外圍電路簡(jiǎn)單。而顯示部分由多位液晶顯示驅(qū)動(dòng)器ICL7106和標(biāo)準(zhǔn)段式液晶顯示屏EDS801及其他一些元器件組成。經(jīng)過(guò)測(cè)量電路處理過(guò)的信號(hào)，經(jīng)過(guò)輸入端口進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換電路，ICL7106進(jìn)324B2345679V+A1A2BLOSC2OSC3 UMF-CMF-COM IN+ IN- INIV-A3R15IN+IN+TBVD5BVD5U42EAVEAV3該系統(tǒng)電源電路如圖14所示。該系統(tǒng)采用12V直流電源供電。將220V交流電通過(guò)變壓AAB635435廣泛的用途。按其使用的途徑可分為兩大類首先是測(cè)量被測(cè)目標(biāo)的表面溫度其次是利用測(cè)量如下：1>鋼鐵工業(yè)中使用的紅外測(cè)溫儀占總量的一半以上。煉鋼、軋鋼、澆鑄、淬火時(shí)測(cè)量控制溫度對(duì)提高產(chǎn)品的質(zhì)量起著重要的作用。對(duì)爐壁和機(jī)械設(shè)備熱故障的監(jiān)測(cè)為延長(zhǎng)使用壽命和安全保障提供依據(jù)。2>在機(jī)械加工中,測(cè)量控制熱處理部件的溫度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量起著關(guān)鍵的作用。3>在化學(xué)工業(yè)中,化工設(shè)備都在高溫高壓下工作,監(jiān)測(cè)設(shè)備的熱分布狀況,判斷設(shè)備工作情況,檢測(cè)熱篙道接口熱損耗、熱泄漏故障是十分有用的。頭等溫度的異常,為設(shè)備的安全運(yùn)行提供一定的保障。及缺陷的位置。確定工廠、建筑物熱耗的管理。產(chǎn)品如煙葉、茶葉加工過(guò)程中溫度的監(jiān)測(cè),中草藥烘干、制藥溫度的監(jiān)測(cè)。產(chǎn)品如煙葉、茶葉加工過(guò)程中溫度的監(jiān)測(cè),中草藥烘干、制藥溫度的監(jiān)測(cè)。8>在科學(xué)研究方面,由于紅外測(cè)溫儀的突出優(yōu)點(diǎn),使得在特殊試驗(yàn)條件要求一能提供測(cè)溫手段,應(yīng)用范圍較廣。[2]陳可中,譚