热释电红外传感器放大电路的设计及其应用

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1、广西通信技术2010年第3期GuangxiCommunicationTechnology专论综述热释电红外传感器放大电路的设计及其应用

张佳一
（桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林541000）

摘要：热释电红外传感器不但应用于国防军事，而且在工业和民用通信电子电器产品中都得到广泛应用。通过
分析热释电红外传感器输出信号的特性，着重对微弱信号的前置放大电路的设计进行了研究，具有一定
的参考价值。关键字：热释电红外传感器；前置放大电路；红外报警器
中图分类号：TN215文献标识码：A文章

2、编号：1008-3545（2010）03-0024-04
传感器
随着信息技术的普及，红外探测技术取得了迅用时，输出信号波形电压峰峰值约为1mV，频率
速的发展，并广泛应用于夜视仪、报警、防火、医可由下列公式计算：
疗和自动控制等领域。在红外探测系统中，红外传f=Vb×fb（1）
2π×S×L感器是核心器件，它的性能决定了整个红外探测系
式中，f是输出信号频率（Hz）；Vb是人体移动速统的灵敏性，而前置放大电路又是影响红外传感器
度（m／s）；fb是光学系统焦距（mm）；S是传感器敏感性能的关键

3、部分。由于红外热释电传感器的响应信2元的面积（mm）；L是人体离传感器的距离（m）。号十分微弱（一般为微伏级），故对前置放大器提2对于双敏感元传感器，标准尺寸为2×1mm，出了严格的要求，如低噪声、高增益、低频特性好人体移动速度范围为0．5～5m／s，常用探测器上使及抗干扰能力强等。用的菲涅尔透镜焦距为25mm，由此我们可计算出以下针对热释电传感器的输出信号的特点，提传感器输出信号的频率范围为0．08～8Hz。出一种新型的高增益、低噪声的前置放大电路设计由于传感器输出的信号非常微弱，容易受到噪方

4、案。该方案很好地满足了热释电传感器对前置放声的干扰，甚至有效信号被淹没在噪声中。研究发大器低噪声、高增益、低频特性好及抗干扰能力强现传感器上输出信号的干扰源主要来自传感器的热的要求。噪声、固有噪声、放大器的电压和电流噪声等。热一、热释电红外传感器的噪声是由探测器材料中的电荷载流子的随机热运动而产生的。要减小热噪声带来的影响，应尽量缩短输出信号特性及其噪声分析热释电传感器和前置放大电路之间的距离，减少外界热干扰，并在前置放大电路中串入低通滤波电红外热释电传感器输出电信号的幅度和频率主路，限制噪声带

5、宽。传感器的固有噪声电压峰峰值要决定于目标人体的温度、探测区域背景、人体与约为50μV，室外热空气流动能够产生接近250μV传感器的距离、人体移动的速度、光学透镜系统的的噪声，在室内也接近180μV。其他可能存在的焦距和它的设计方式。人体温度和探测区域背景的干扰，如空间电磁波干扰和机械振动等，噪声幅值温差很大，离传感器越近，输出电信号的幅值将越接近100μV。三种噪声叠加最大幅值接近300μV。大。双敏感元热释电传感器配合菲涅尔光学透镜使24广西通信技术2010年第3期GuangxiCommun

6、icationTechnology专论综述大电路信号处理要从多种噪声干扰中提取有用的微二、热释电红外传感器弱信号，故前置放大电路应具有低噪声、高增益、前置放大电路的设计低频特性好、抗干扰能力强等特点。因此，通常由如图1所示的包括带通滤波、两级高增益放大、比
根据红外热释电传感器输出信号特性，前置放较电路三个部分组成。
R5+5V
C710kΩ
10μFR141MΩU7C
C109D110μFC11810μF10
R11R18R12LM3241MΩ
100MΩ960kΩPLRD6UTBR10U7A

7、7
S2R165-1300kΩLM324G10kΩ3+C813U7DD2C1614
R10R4LM32410μF12传感器4.7kΩ230kΩ4LM324+5V10μF
R6R17R134.7kΩ300kΩ1MΩ
C910μF
R171MΩ


图1红外探测前置放大电路设计图图1中热释电传感器D端和5V电源间串联10kΩ计算得带宽为15．83Hz，电路总增益为66dB。电阻，用于降低射频干扰，G端接地，S端接47kΩ双限电压比较器由四运放（LM324）的另两个放大负载电阻，偏置电压约为1V。传感

8、器输出直接耦器构成。从前文对噪声分析可知，噪声源最大幅值合到低噪声运放（LM324）构成的带通滤波和第一接近300μV，经两级放大电路后，最大噪声幅值级放大电路的反向输入端，再由电阻R6、电容C8达到600mV。第二级放大电路偏置在VCC／2，即耦合到第二级反向放大电路进行进一步滤波、放2．5V，因此，双限电压比较器的高低阈值应设置为大。3．1V和1．9V时才能有效抗噪声干扰，即当放大器上限截止频率为：输出信号电平大于3．1V或者小于1．9V时，比较1器输出高电平，表示探测到移动人体。f=＝15