热电红外线传感器制造技术

一种热电红外线传感器，包括装备有具有非倒相放大器的信号放大元件的电压放大电路，积分电路和分压电阻，所述分压电阻连到电压放大电路输入端Ｖ↓［Ｎ］与积分电路输出端Ｖ↓［Ｂ］位置，使由一运算放大器特别构成的所述信号放大元件的非倒相输入端被电阻分压，其中信号放大元件包括一个由电阻器和电容器构成的低通滤波器，从而可使所需电容器的静电容最小，还能使整个电路的尺寸及制作成本都最小。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种带热电元件的热电红外线传感器，由比如人体等物体辐射的红外线能量的任何变化，均可检测物体的存在与否及其运动。在涉及装备已制成的各类红外线传感器中，作为红外线能量的变化结果，作为热电元件的输出所提供的热电流，被电流-电压转换电路转换成电压信号，只有预定频带(在检测人体运动情况下，这一频带的中心约为1Hz)的电压信号在一电压放大电路中被放大，并使被电压放大电路放大的电压信号与一预定的用于判断的阈值比较，给出一个检测信号输出。公知的这类传感器包括电流-电压转换电路，将热电元件的热电流转换成比如电压信号；电压放大电路，用于放大仅在预定频带内的电压信号；和一输出电路，用于使被电压放大电路放大的电压信号与用于判断的高低两个阈值比较。在这种情况下，借助于高电阻Rg的合成阻抗、热电元件的部件电容Cs，以及场效应晶体管的输入阻抗，电流-电压转换电路将已经感知由于人体运动所致红外线能量变化的热电元件提供的(fA量级)瞬时热电流转换成电压’并将这一电压提供给所述场效应晶体管的栅极，作为它的输入，使之实现一个阻抗变化，同时随着该场效应晶体管的源极跟随作用，引起源极电压改变，所述电流-电压转换电路作为其输出，相对于源极电压的改变，还以电压信号形式给出一个发生在输出电阻上的电压降。在此，所述电压放大电路由两级结构组成，它们包括一个采用运算放大器的非倒相放大器和一个也是采用运算放大器的倒相放大器，所述电压放大电路具有约为80dB的放大增幅。另外，通过适当选择连在两个运算放大器倒相输入端与输出端之间的反馈电阻和电容的值，以及被插在两个运算放大器之间的运算放大器所用电阻器和电容器的值，形成只允许与人体运动相应的(1Hz左右的)频带内的电压信号通过的带通滤波器。在这种有两级放大器的电压放大电路中，还具有第一级非倒相放大器以及第二级倒相放大器，它们都被设计成为放大系数基本相同，以简化电路的条件。在这种电压放大电路中，所述带通滤波器的较低频带段的截止频率由运算放大器所用电阻值与运算放大器输出端和另一运算放大器的倒相输入端之间串联连接的电容器的静电容之积确定，这些值还对放大系数起决定作用的所述电阻器产生影响。前述输出电路包括一个环形比较器，在比较器由运算放大器组成的情况下，它接收通过分压电阻器以及由电压放大电路放大的电压信号产生的高、低两个阈值，并其且在所述电压信号越过两个阈值的任何一个时(即电压信号超过较高阈值或低于较低阈值时)，通过输出电阻器提供一个检测信号作为输出。当希望电路尺寸最小化时，两个电容器中一个与运算放大器所用的电阻器相连，另一个与反馈电阻器相连，他们的的静电容最好是尽可能地小，而当考虑热电元件或电路的稳定性时，电阻器的过大电阻值不能被用为运算放大器所用电阻及反馈电阻，而且，为此理由，前述公知的电压放大电路对运算放大器所用电阻及反馈电阻采用约10kΩ与约1MΩ电阻值的组合，为的是假设每一级的增益为40dB。所提供的运算放大器所用电阻值被设定为约10kΩ，于是，所述电容器就需要是约为几十微法量级，以提供低频段的截止频率在特定情况下低于1Hz，这就使得不能将任何小片型的电容器都被用为与运算放大器所用电阻相连的电容器，而且这就使得整个电路难于小型化。这就是说，当电容器的静电容达到几十微法量级时，目前的电路工艺尚不允许采用任何小的片型电容器，而需要采用大的片型电容器或电解电容。在采用后一种电路电容的情况下，就出现一个问题，即不能忽视电解电容的这种固有特性，比如峰值电流，这些固有特性的影响是明显的，在温度改变的情况下，电容器是不耐用的，电容器的长期稳定性低，另外，电压放大电路本身的电路特性明显地会受波动的影响，并是稳定性变差，而且任何电路工作的不正常或故障都是很容易发生的。另外，当采用公知的场效应晶体管构成电流-电压转换电路时，由于高电阻处存在的热噪声变得明显，使改善S/N比遇到特殊的限制，而且，采用目前的电路结构，要任意多地提高灵敏度是极为困难的。另一方面，在另一种公知的结构中，与包含场效应晶体管的电流-电压转换电路结合在一起的热电元件，以及装于外部的电子部件，如电容器和电阻器都被安置在一个平的电路基板上，而且将一复合透镜单元(聚光镜)安装在所述热电元件的上方。这是有缺点的，其中这种聚光镜的外形尺寸大，而且易受一切外部噪声的影响。也就是说，这种公知结构是借助电路基板上的金属线通过较长路径放大热电元件的瞬时热电流的，以致由于诸如来自业余无线电台及移动电话的无线电波噪声，以及由于电机、照明器等的通/断变换操作的噪声，使得这样的电路容易造成不能正常工作。当采取诸如附加连接的防噪声电容器或抑制这些问题的电感线圈的措施时，将使传感器外形尺寸进一步加大，这种情况离所希望的尺寸最小化、减少所需元件数、以及降低制作成本更远。本专利技术的主要目的在于提供一种热电红外线传感器，它能克服上述问题，并可使电容器的所需静电容最小，以使所需电路尺寸最小，而且降低成本。按照本专利技术，上述目的可由一热电红外线传感器得以实现，其中作为热电元件输出的热电流被转换成电压信号，并使预定频带内的电压信号在电压放大电路中受到处理而被放大，给出一个输出的检测信号，其中电压放大电路包括一个由非倒相放大器构成的信号放大元件，所述非倒相放大器具有运算放大器，此运算放大器的倒相输入端与第一电阻器相连，并被连接于倒相输入端与倒相输出端之间的反馈电阻R2和电容器C1的并联接点；一个积分电路，它包括另一个运算放大器，其倒相输入端经第二电阻器连到信号放大器的输出端，而且其倒相输入端与倒相输出端之间接有第二电容器；还设有分压电阻器，它们使积分电路的输出端和电压放大电路的一个输入端被电阻分压，并被接在信号电压元件的非倒相输入端的电阻分压位置。按照下面参照附图所示的实施例对本专利技术的详细描述，将使本专利技术的其它目的和优点更清晰，其中附图说明图1是表示本专利技术热电红外线传感器一种具体实施例的电路方框图；图2是表示图1实施例另一种情况的电路方框图；图3是图1实施例又一种情况的电路方框图；图4是表示图1传感器增益与频率关系的特性曲线图；图5是本专利技术另一实施例的电路方框图；图6是表示图5实施例的增益与频率关系特性曲线图；图7是本专利技术又一实施例的电路方框图；图8是图7实施例具体电路图；图9是图7实施例中传感器的分解透视图；图10a和10b分别是图7实施例中传感器的三维电路部件的正视透视图和背视透视图。以下将参照附图所示各实施例描述本专利技术，因当理解本专利技术并不仅限于所示的这些实施例，而是包括各权利要求所给范围内的各种改变、变型和可能的等效结构。实施例1本专利技术实施例1的方框电路被示于图1中，其中热电元件1对电流-电压转换电路2给出fA量级的热电流输出，用以将热电流转换成电压信号。一种特定结构的电压放大电路3接在电路2的后面，它只放大预定频带内的电压信号。本实施例的电压放大电路3设有信号放大元件5，此元件由一非倒相放大器组成，它包括运算放大器OP1，其倒相输入端经电阻R1连到参考电压源VR，并与被连接于倒相输入端与倒相输出端之间的反馈电阻R2和电容器C1并联接点；设有积分电路6，它包括另一个运算放大器OP2，其倒相输入端经电阻器R3连到信号放大电路5的输出端，其倒相输入端与倒相输出端之间接有电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电红外线传感器，其中一个热电元件的输出热电流被转换成电压信号，并由一电压放大电路将仅在预定频带内的电压信号放大和受到处理，以给出一个输出的检测信号；其特征在于，所述电压放大电路包括：一个由非倒相放大器构成的信号放大元件，所述非倒相放大器包括第一运算放大器，其倒相输入端与第一电阻器相连，并被连接于倒相输入端与倒相输出端之间的反馈电阻和第一电容器的并联接点；一个积分电路，它包括第二运算放大器，其倒相输入端经第二电阻器连到信号放大元件的输出端，而且其倒相输入端与倒相输出端之间接有第二电容器；还设有分压电阻器，它们被接在信号电压元件的非倒相输入端，使积分电路的输出端和电压放大电路的一个输入端被电阻分压的位置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：高田裕司，藤村俊夫，谷光辉，坂本慎司，
申请(专利权)人：松下电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]