课题9传感器系统综合应用.ppt

自动检测技术 电子电气工程系电气技术教研室 主讲曾益保 课题9传感器系统综合应用 9 1任务一水温控制系统 电流输出型温度传感器能产生一个与绝对温度成正比的电流作为输出 电流型的温度系数多为1 A K以绝对温度0K作为电流的零点 输出阻抗很高 可用于远距离精密温度的遥感和遥测 且不用考虑接线引入的损耗和噪声 AD590是电流输出型温度传感器的典型产品 空脚 接地 采用金属管壳封装 AD590封装示意图 水温控制系统包括五部分 1 主机控制部分2 温度采样电路3 温度控制电路4 键盘和数字显示部分5 计算机控制及图形显示 课题9传感器系统综合应用 9 2任务二家居防盗报警系统 热释电红外传感器是目前在防盗报警 火灾检测 自动门 自动水龙头 自动电梯 自动照明及非接触温度测量等领域应用最广泛的传感器 热释电红外线传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件 热释电红外传感器 可以根据自己的奇思妙想 结合其它电路开发出更加优秀的新产品或自动化控制装置 自然界中存在的各种物体 如人体 木材 石头 火焰 冰等 温度不是热力学零度时 都会发出不同波长的红外线 利用红外传感器可对其进行检测 1 基本定律 红外光是太阳光谱的一部分 红外光的最大特点就是具有光热效应 辐射热量 它是光谱中最大光热效应区 红外光是一种不可见光 与所有电磁波一样 具有反射 折射 散射 干涉 吸收等性质 红外光在真空中的传播速度为3 108m s 红外光在介质中传播会产生衰减 在金属中传播衰减很大 但红外辐射能透过大部分半导体和一些塑料 大部分液体对红外辐射吸收非常大 不同的气体对其吸收程度各不相同 大气层对不同波长的红外光存在不同的吸收带 1 基尔霍夫定律 物体向周围辐射能量的同时也吸收周围物体辐射的能量 处于同一温度下的各种物体的辐射本领正比于它的吸收本领 即M d M0式中 M 为物体在单位时间内单位面积辐射的能量 即辐射本领 d为吸收系数 M0为同一温度下黑体 能全部吸收投射到其表面的红外辐射的物体 的吸收本领 绝对黑体的辐射本领d 1 灰体 能部分反射或吸收红外辐射的物体 d 1 不同物体的辐射本领和吸收本领不同 2 玻耳兹曼定律 Stefan Boltzmann slaw 物体温度越高 其辐射的能量越多 它与温度的四次方成正比 因此 温度的微小变化 就会引起辐射量很大的变化 是红外装置测定温度的理论基础 2 红外探测器的类型 红外探测器是一种辐射能转换器 主要用于将接收到的红外辐射能转换为便于测量或观察的电能 热能等其他形式的能量 3 维恩位移定律 Wien sdisplacementlaw 物体热辐射的能量包括各种波长的电磁波 根据能量转换方式 红外探测器可分为红外热探测器和红外光电探测器两大类 前者对整个红外波段有响应 后者仅对长波段有响应 1 光电红外探测器 光导型红外探测器 光导型红外探测器的机理是探测器吸收了入射的红外光子 产生自由载流子 进而改变了敏感元件的电导率 检测元件为红外光敏电阻 光生伏特型红外探测器 光生伏特型红外探测器利用光生伏特效应工作的 以红外光电池作为检测元件 2 热释电探测器 红外热探测器也通称为能量探测器 其原理是利用辐射的热效应 通过热电变换来探测辐射 入射到探测器光敏面的辐射被吸收后 引起响应元件的温度升高 响应元件材料的某一物理量随之而发生变化 利用不同物理效应可设计出不同类型的热探测器 其中最常用的有电阻温度效应 热阻效应 温差电效应 热电偶 热电堆 热气动效应和热释电效应 热释电晶体具有自发的电极化能力 电极化强度与温度有关 晶体的这种性质称为热释电效应 凡是有自发极化的晶体 其表面会出现面束缚电荷 而这些面束缚电荷平时被晶体内部和外部来的自由电荷所中和 因此在常态下呈中性 如果交变的辐射照射在光敏元件上 则光敏元件的温度 晶片的自发极化强度以及由此引起的面束缚电荷的密度均以同样频率发生周期性变化 如果面束缚电荷变化较快 自由电荷来不及中和 在垂直于自发极化矢量的两个端面间会出现交变的端电压 与所有热探测器一样 热释电探测器的工作原理可以用三个过程来描述 辐射 热为吸收过程 热 温度为加热过程 温度 电则为测温过程 加热过程与热敏电阻 热电偶是类似的 热释电探测器是一个电容性的低噪声器件 等效电路可表达为 3 红外线热敏电阻探测器 检测元件是利用仅对红外线敏感的热敏电阻 工作原理与热敏电阻相同 3 红外探测器的应用 比如 在房间无人时会自动停机的空调机 饮水机 电视机能判断无