热释电红外报警实验

热释电红外报警实验

一、实验目的

了解热释电红外传感器的工作原理及热释电效应，了解热释电红外报警器的的电路设计方法和调试，掌握热释电红外传感器的使用。

二、实验原理

1、热释电效应原理

当已极化的热电晶体薄片受到辐射热时候，薄片温度升高，极化强度P s下降，表面电荷减少，相当于“释放”一部分电荷，所以起名叫热释电。释放的电荷通过一系列的放大，转化成输出电压。如果继续照射，晶体薄片的温度升高到Tc（居里温度）值时，自发极化突然消失。不再释放电荷，输出信号为零，热释电效应原理如图1-11所示。

因此，热释电探测器只能探测交流的斩波式的辐射（红外光辐射要有变化量）。当面积为A的热释电晶体受到调制加热，而使其温度T发生微小变化时，就有热释电电流。

i = AP学,A为面积，P为热电体材料热释电系数，巴是温度

dt dt

的变化率。

2、热释电红外报警实验原理

热释电红外报警电路，由传感器、检测放大电路、比较输出电路、驱动延时电路、继电器等组成，实验原理图如图1-12所示。

传感器及放大滤波部分：D为电压输入端，允许输入电

压1-15V。S为信号输出端，与后级电路连接。G为接地端。

因其输出形式为电压信号且非常微弱，故需要进行阻抗变换和信号放大。R2作为热释电传感器的负载，通过C2耦合到

前级放大器A1，A1的增益为27倍，且由C4, R6组成了滤波网络对采集信号进行放大滤波。同理A2组成一个低通反

馈放大器，增益150倍。经此两极放大滤波后信号被放大到4000倍以上。其中R1，C1为退耦电路，R3，R5为偏置电路。A 1输出后的信号经C 5耦合到后级放大器A2 , A2在静态输出时约为4.5V。

C3, C9为退耦电容。

比较输出部分：A3组成比较电路，当无报警信号输入时，其反向端电压大于同向端电压，比较器输出负电压，不能驱动后级电路产生报警信号，当有人入侵，有报警信号产生，比较器翻转输出正电压，驱动后级电路报警。调节RP 可使比较器同向端电压在 2.5-4V之间变化，从而起到调节灵

敏度的作用。

延时驱动部分：由T1 , 5551 , T2组成驱动电路。当 A 端有信号输入则C12将少量充电，若无再来脉冲则通过R17 放电，若继续输入脉冲则使C12充电，当达到一定电压后使T1导通使555I的2脚为低电平，使555I组成的单稳态电路触发，使3脚输出为高电平。从而使T2导通，使继电器吸合，控制报警器。

I

LED 丄

电

释

A

图1-12 红外报警实验原理

为确保报警的准确性，电路中还加入了延时电路，防止

自己人未脱离报警区域，而产生误报。由55511组成，上电时，由C14充电至一定电压，使2、6脚仍为高电平，使 3 输出低电平，而使555I的4为低，使单稳态不能工作，而其到上电，有输入信号不报警的作用。延时结束后555I才能正

常工作。延时时间取决于C14、R21。调节R21可调节延时时间。

三、实验仪器

1、光电检测与信息处理实验台（一套）

2、热释电实验板

3、热释电探头

4、光学支架

5、万用表

6、导线若干

7、十芯扁平线

四、实验步骤

1、按图1-12连接实验线路。

（1）将热释电实验板插在光电检测与信息处理实验台总

线模块上的PLUG64 —1、PLUG64 —2、PLUG64 — 3 的任意位置；

（2）将热释电探头的PIR —D、PIR —S、GND端分别接到总线模块的38、40和GND接线端子上；

（3）用连接导线将总线模块的32 （比较器电路输出信号A），34 （比较器同向端为基准电压），36 （二级放大器输出信号）接线端子引出，作为测试点；

（4）将总线模块上的+12V、-12V和AGND接线端子接到系统资源模块上；

（5）用万用表检查实验线路保证线路连接准确无误后进入下一步。

2、打开电源，热释电实验板上的红灯会闪一下，表示上

电。经过10s的延时时间后，调节电位器R19，使得当用手靠近热释电，热释电工作，红灯亮；手离开时，热释电停止工作，红灯熄灭，蜂鸣器报警后停止。

3、数据记录，调解热释电实验板上的R P值，使总线插座的34接线端子（比较器同向端）在 2.5V —4V范围内，可以提高热释电的灵敏度；测量总线插座的32接线端子的电

压，并记录有信号和无信号时的电压值；测量总线插座的36

接线端子的电压，并记录有信号和无信号时的电压值；测量5551的2脚电压，并在表八中记录有信号和无信号时的电压值。

表八热释电实验数据

五、思考题

上电后为什么要经过一段延时时间后，热释电方可以正

常工作?