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热释电红外传感器放大电路设计热释电红外传感器放大电路设计
随着信息技术的普及,红外探测技术取得了迅速的发展,并广泛应用于夜视仪、报警、医疗和自动控制等领
域。在红外探测系统中,红外传感器是核心器件,它的性能决定了整个红外探测系统的灵敏性,而前置放大电
路又是影响红外传感器性能的关键部分。由于红外传感器的响应信号十分微弱,故对前置放大器提出了严格的
要求,如低噪、高增、低频特性好及抗干扰强等。
随着信息技术的普及,红外探测技术取得了迅速的发展,并广泛应用于夜视仪、报警、医疗和自动控制等领域。在红外探测系
统中,红外传感器是核心器件,它的性能决定了整个红外探测系统的灵敏性,而前置放大电路又是影响红外传感器性能的关键
部分。由于红外传感器的响应信号十分微弱,故对前置放大器提出了严格的要求,如低噪、高增、低频特性好及抗干扰强等。
以下针对热释电传感器的输出信号的特点,提出一种新型的高增益、低噪声的前置放大电路设计方案。该方案很好地满足了热
释电传感器对前置放大器低噪声、高增益、低频特性好及抗干扰能力强的要求。
一、输出信号特性及其噪声分析
热释电红外传感器输出电信号的幅度和频率主要决定于目标人体的温度、探测区域背景、人体与传感器的距离、人体移动的速
度、光学透镜系统的焦距和它的设计方 式。人体温度和探测区域背景的温差很大,离传感器越近,输出电信号的幅值将越
大。双敏感元热释电传感器配合菲涅尔光学透镜使用时,输出信号波形电压峰峰值 约为1mV,频率可由下公式计算:
式中,f是输出信号频率(Hz);Vb是人体移动速度(m/s);fb是光学系统焦距(mm);S是传感器敏感元的面积
(mm);L是人体离传感器的距离(m)。对于双敏感元传感器,标准尺寸为2&TImes;1mm2,人体移动速度范围为0.5~
5m/s,常用探测器上使用的菲涅尔透镜焦距为25mm,由此我们可计算出传感器输出信号的频率范围为0.08~8Hz。
由于传感器输出的信号非常微弱,容易受到噪声的干扰,甚至有效信号被淹没在噪声中。研究发现传感器上输出信号的干扰源
主要来自传感器的热噪声、固有噪声、放大器的电压和电流噪声等。热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,应尽量缩短热释电红外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路,限制噪声带宽。传感器的固有噪声电压峰峰值约为50μV,室外热空气流动能够产生接近250μV的
噪声,在室内也接近180μV。其他可能存在的干扰,如空间电磁波干扰和机械振动等,噪声幅值接近100μV。三种噪声叠加最
大幅值接近300μV。
二、前置放大电路的设计
根据热释电红外传感器输出信号特性,前置放大电路信号处理要从多种噪声干扰中提取有用的微弱信号,故前置放大电路应具
有低噪声、高增益、低频特性好、抗干扰能力强等特点。因此,通常由如图所示的包括带通滤波、两级高增益放大、比较电路
三个部分组成。














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