基于热释电红外传感器的光源调制及信号处理装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于热释电红外传感器的光源调制及信号处理装置。所述MCU控制器控制光源输出连续的定频率的发射光。所述反射光路和光栅依次设置于光源与热释电红外传感器的输入端之间，上述发射光依次通过预设的反射光路和光栅以选择得到不同波段的入射光。所述黑体设置于光栅与热释电红外传感器的输入端之间，待测样品设置于所述黑体内部，从所述光栅射出的入射光通过黑体并且穿过待测样品直至进入热释电红外传感器。黑体和屏蔽罩可有效地防止热源、光源以及射频辐射干扰，从而获得稳定的正弦波输出，有利于PC端和/或示波器对输出信号进一步处理。

Light source modulation and signal processing device based on pyroelectric infrared sensor

The utility model discloses a light source modulation and signal processing device based on pyroelectric infrared sensor. The MCU controller controls the transmission light of the constant frequency of the output of the light source. The reflected light path and the grating are arranged between the input terminals of the light source and the pyroelectric infrared sensor sequentially, and the transmitted light is selected in order to get incident light at different wavelengths by presetting the reflected light path and grating. The blackbody is arranged between the input end of the grating and the pyroelectric infrared sensor, and the sample to be tested is arranged inside the blackbody. The incident light emitted from the grating passes through the blackbody and passes through the sample to be tested until it enters the pyroelectric infrared sensor. The blackbody and shield can effectively prevent the interference of heat source, light source and radio-frequency radiation, so as to get stable sine wave output, which is beneficial for the PC terminal and / or oscilloscope to further process the output signal.

【技术实现步骤摘要】
基于热释电红外传感器的光源调制及信号处理装置
本技术属于热释电红外传感器
，具体涉及一种基于热释电红外传感器的光源调制及信号处理装置。
技术介绍
以热释电红外传感器为代表的探测器具有功耗小、成本低、隐蔽性好、灵敏度高等特点，在防盗报警等领域具有较为广泛的应用。热释电红外传感器基于热释电效应。当特定种类的晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，进而产生极化及电势差。在常态下，晶体自发极化所产生的束缚电荷被来自空气中附着在晶体表面的自由电子所中和，其自发极化电矩不能表现出来。当温度变化时，晶体结构中的正负电荷重心相对移位，自发极化发生变化，晶体表面就会产生电荷耗尽，而电荷耗尽情况正比于极化程度，因此可以通过这一现象将温度的变化反映到晶体的极化程度，通过对极化后电信号的处理和放大，采用MCU或者PC将输出相应数据信息。参见附图的图2，热释电效应存在特殊性，在温度变化ΔT时，两个电极上会产生ΔQ的电荷，从而产生一个很小的电压ΔV。由于空气中离子会与极化电极上的正负电荷相结合而最终导致ΔV等于0，即传感器从室温T到T+ΔT的过程中数据的模拟信号是变化的，但是当ΔT最终等于0时，传感器的输出会变为0。为此，有必要提出一种适用于热释电红外传感器的信号输入输出装置，对信号进行针对性处理，防止热释电红外传感器受到热源、光源以及射频辐射的干扰，得到稳定的正弦波输出，有利于上位机对输出信号进一步处理。
技术实现思路
本技术针对现有技术的状况，克服上述技术缺陷，提供一种基于热释电红外传感器的光源调制及信号处理装置。本技术采用以下技术方案，所述基于热释电红外传感器的光源调制及信号处理装置包括MCU控制器和与所述MCU控制器电连接并且受其控制的光源，所述MCU控制器控制光源输出连续的定频率的发射光；反射光路和光栅，所述反射光路和光栅依次设置于光源与热释电红外传感器的输入端之间，上述发射光依次通过预设的反射光路和光栅以选择得到不同波段的入射光；用于屏蔽热源和光源干扰的黑体，所述黑体设置于光栅与热释电红外传感器的输入端之间，待测样品设置于所述黑体内部，从所述光栅射出的入射光通过黑体并且穿过待测样品直至进入热释电红外传感器；放大器，所述放大器设置于所述热释电红外传感器的输出端，所述放大器进一步外接示波器和/或PC端。根据上述技术方案，还包括用于屏蔽射频辐射干扰的屏蔽罩，所述MCU控制器和光源均内置于屏蔽罩。根据上述技术方案，还包括用于提供直流偏置稳定放大器静态工作点的直流电源，所述直流电源设置于所述放大器的输出端。本技术公开的基于热释电红外传感器的光源调制及信号处理装置，其有益效果在于，防止热释电红外传感器受到热源、光源以及射频辐射干扰，得到稳定的正弦波输出，有利于上位机对输出信号进一步处理。附图说明图1是本技术优选实施例的系统框图。图2是本技术优选实施例的信号示意图。图3是本技术优选实施例的信号输入电路。图4是本技术优选实施例的部分信号放大电路。图5是本技术优选实施例的部分信号放大电路。附图标记包括：10-MCU控制器；20-光源；30-反射光路；40-光栅；50-黑体；60-放大器；70-示波器；80-PC端；90-直流电源。具体实施方式本技术公开了一种基于热释电红外传感器的光源调制及信号处理装置，下面结合优选实施例，对本技术的具体实施方式作进一步描述。参见附图的图1，图1示出了所述基于热释电红外传感器的光源调制及信号处理装置的模块结构。优选地，所述基于热释电红外传感器的光源调制及信号处理装置包括MCU控制器10和与所述MCU控制器10电连接并且受其控制的光源20，所述MCU控制器10控制光源20输出连续的定频率的发射光；所述基于热释电红外传感器的光源调制及信号处理装置还包括反射光路30和光栅40，所述反射光路30和光栅40依次设置于光源20与热释电红外传感器的输入端之间，上述发射光依次通过预设的反射光路30和光栅40选择得到不同波段的入射光；所述基于热释电红外传感器的光源调制及信号处理装置还包括用于屏蔽热源和光源干扰的黑体50，所述黑体50设置于光栅40与热释电红外传感器的输入端之间，待测样品设置于所述黑体50内部，从所述光栅40射出的入射光通过黑体50并且穿过待测样品直至进入热释电红外传感器。进一步地，所述基于热释电红外传感器的光源调制及信号处理装置还包括用于屏蔽射频辐射干扰的屏蔽罩（图中未示出），所述MCU控制器10和光源20均内置于屏蔽罩。优选地，所述基于热释电红外传感器的光源调制及信号处理装置还包括放大器60，所述放大器60设置于所述热释电红外传感器的输出端，所述放大器60可进一步外接示波器70和/或PC端（上位机）80。根据本技术优选实施例，如前所述，针对热释电信号容易受到热源、光源以及射频辐射干扰的问题，本技术做了针对性设计。整个光路的通道均用黑体50对外界可能的热和光信号进行屏蔽，同时对于电信号的传导部分采用屏蔽罩的方式对外界射频信号进行隔离。由于热释电信号是ΔT不为0时才会有变化，本技术优选实施例尝试采用对光源进行调制的方式，即MCU控制器10控制光源20进行定频率闪烁，使得每两次热释电信号的上升过程和下降过程能够规律地连接在一起，达到输出规则波形（正弦波）的目的，通过斩波稳定在4Hz时得到理想的正弦波形。热释电红外传感器内置有电容C，可作为极化晶体，当C上产生不平衡电荷时，会产生很小的电流，经过高电阻Rg后变成一个较大的电压，从而驱动J-FET的栅极使得J-FET能够正常导通，导通后，Rg上产生的电压由于J-FET的放大作用，将源极和漏极之间的电流Ids放大了Ys倍（假设跨导为Ys）。在采样输出端接上一个采样电阻Rs，将源极输出的电流再次转换成电压，然后在经过后续的放大器的处理。信号路径是光信号、电流信号、电压信号、电流信号、电压信号，最终输出电压信号。信号走向为：受MCU控制器10控制的光源20输出连续的定频率的光信号，然后通过反射电路30和光栅40选择不同波段的入射光，入射光在黑体50中穿过待测样到达热释电传感器的输入端，传感器内部电路再将红外光的热能转换成电信号输出，经过放大器60处理输出正弦波信号。上述正弦波信号可经由串口上传至PC端80，或者输出至示波器70，实现数据的进一步处理。优选地，所述放大器60优选采用交流放大器，所述基于热释电红外传感器的光源调制及信号处理装置进一步包括用于提供直流偏置稳定放大器静态工作点的直流电源90，所述直流电源90设置于所述放大器60的输出端，有效地降低输出波形的失真程度。参见附图的图3，通过IN4738稳压管配合电位器给后面的放大器提供直流偏置。当3脚输出交替变化的交流电流信号时，经过R3产生交替变化的电压，J-FET3DJ6F也持续得处于截止到放大的过程，相当于每一个新的波形的周期开始之前，保证传感器内的极化状态是处于平衡状态，即ΔT为0时，传感器的输出为0，相当于强制归零，从而使波形趋于稳定。参见附图的图4，在经过上一级的稳定输出后，在进入正向放大器前，首先经过2SK494J-FET和9012进行放大，即先通过2SK494的栅极电压控制Ids，而Ids=Ib+Ir1，Ir1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于热释电红外传感器的光源调制及信号处理装置，其特征在于，包括：MCU控制器和与所述MCU控制器电连接并且受其控制的光源，所述MCU控制器控制光源输出连续的定频率的发射光；反射光路和光栅，所述反射光路和光栅依次设置于光源与热释电红外传感器的输入端之间，上述发射光依次通过预设的反射光路和光栅以选择得到不同波段的入射光；用于屏蔽热源和光源干扰的黑体，所述黑体设置于光栅与热释电红外传感器的输入端之间，待测样品设置于所述黑体内部，从所述光栅射出的入射光通过黑体并且穿过待测样品直至进入热释电红外传感器；放大器，所述放大器设置于所述热释电红外传感器的输出端，所述放大器进一步外接示波器和/或PC端。

【技术特征摘要】
1.一种基于热释电红外传感器的光源调制及信号处理装置，其特征在于，包括：MCU控制器和与所述MCU控制器电连接并且受其控制的光源，所述MCU控制器控制光源输出连续的定频率的发射光；反射光路和光栅，所述反射光路和光栅依次设置于光源与热释电红外传感器的输入端之间，上述发射光依次通过预设的反射光路和光栅以选择得到不同波段的入射光；用于屏蔽热源和光源干扰的黑体，所述黑体设置于光栅与热释电红外传感器的输入端之间，待测样品设置于所述黑体内部，从所述光栅射出的入射光通过黑体...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆陈飞，王国伟，许佳洪，
申请(专利权)人：浙江谱创仪器有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33