检测技术课程设计指导书

检测技术课程设计指导书

主编成煦

参编成文宙

课程名称：自动检测技术

适用专业：电气工程及自动化

自动化

上海应用技术学院

2010年03月

目录

前言 (01)

第一章课题简介及设计要求 (02)

第一节课题简介 (02)

第二节设计要求 (02)

第二章热释电红外探测器系统设计 (03)

第一节热释电型红外传感器 (03)

第二节热释电型红外传感信号处理集成电路BISS0001 (05)

第三章被动式红外开关电路设计 (08)

第一节由分立元件设计被动式红外开关电路 (08)

第一节由集成电路BISS0001设计被动式红外开关电路 (10)

附录一、课时安排 (12)

附录二、课程设计任务书 (13)

参考文献 (14)

前言

自动检测技术课程设计是在检测技术先修课程的基础上开设的独立教学环节，学生通过该环节训练以后，应该掌握与实验内容相关的传感器的工作原理、结构、特性及其应用。

本课程的特点是应用性、综合性、实践性强。在掌握一项实用技术的同时，对提高学

生自主设计的兴趣和能力更是有所裨益。

第一章、课题简介及课题设计要求

第一节、课题简介

热释电红外探测器是根据热释电效应工作的新型红外探测器。与其他探测器相比，热释电红外探测器的频率响应宽（频率响应从十几赫兹到上千赫兹），响应速度快，应此得到了迅速发展。随着热释电红外探测器研究的不断深入，其应用也日趋广泛，与此同时，相应的集成电路也相继出现。

第二节、课题要求

1、课程设计题目：

《红外线热释传感器检测系统》

2、课程设计的目的与要求：

本课程的目的在于培养学生以下的能力：具有选择传感器的能力、具有组成检查系统的能力、对检查系统中的问题具有一定的处理能力。

3、课程设计的内容：

1）、设计一个红外线热释传感器检测系统。

2）、掌握红外热释传感器的工作原理、结构、特性及其应用。

3）、掌握BISS0001专用芯片的特性及应用。

4）、检测系统中的测量电路原理设计及调试。

4、课程设计成果的要求及评分标准：

1）、制作、调试红外热释传感器检测系统。（35％）

制作的红外热释传感器检测系统能正常工作。

给出红外热释传感器检测系统调试数据。

2）、面试：（35％）

3）、书面设计报告（30％）

（1）、绘制红外热释传感器检测系统原理图和模拟电路原理图(要求用Protrl软件绘制)。

（2）、分析红外热释传感器检测系统原理。

（3）、小结设计及调试红外热释传感器检测系统。

（4）、附红外热释传感器检测系统主要相关元器件技术资料。

第二章、热释电红外探测器系统设计

本设计的热释电红外探测器采用D203B热释电型红外传感器；

测量电路选用红外线传感信号处理电路BISS0001，该芯片能及时探测人体发出的红外信号并进行声光报警，在工业现场及日常生活中得到了广泛的应用。

第一节、热释电型红外传感器

1、热释电型红外传感器

红外传感器分类：

红外传感器按其工作原理可以分成两大类：光子型和热型。

1）、光子型红外传感器

光子型红外传感器可直接把红外光能转换成电能；

如红外线敏感的光敏电阻和PN结型光生伏特效应器件，它能在低室温下工作，灵敏度很高，响应速度快，但红外光的波长响应范围窄，可用于遥感成像等方面。

2）、热型红外传感器

热型红外传感器的基本原理是：利用入射红外辐射引起探测器的敏感元器件的温度变化，通过测量有关物理参数发生的相应变化来确定红外探测器所吸收的红外辐射。

热型传感器的相应波长范围较宽，可在室温下工作，但响应速度慢，一般适用于红外辐射变化较慢的场合。

热型传感器的主要类型有：热敏电阻型、热电偶型、热释电型、高莱气动型四种。3）、热释电型红外传感器

本设计采用热释电型红外线传感器。

热释电传感器所用的材料为热电晶体。

热电晶体：热电晶体是指存在非中心对称结构的极性晶体中，即使在外电场和效应力场为零的情况下，本身仍有自发极化强度Ps，Ps是温度的函数，当温度升高时，Ps减少，当温度高于居里温度Tc时，Ps=0。

常用的热电晶体有硫酸泔汰（TCS），铌酸锶钡（STSN）等。通常采用单晶小片，也采用多晶或陶瓷小薄片。

热电晶体可分为：热电-铁电体、热电-非铁电体两种。

如果热电晶体的极化方向随外电场改变，称为铁电体或热电-铁电体，反之称为热电-非铁电体。

热释电效应：

出于自发极化，热电晶体的表面上出现束缚电荷，在垂直于P的晶体表面上束缚电荷密度σ=Ps（自发极化强度）。平时这些束缚电荷常被晶体内部和外来的自由电荷所中和，使晶体不显示出外电场。当热电晶体以一定的频率发生变化时，自由电荷中和束缚电荷所需时间（大约需要数秒到数小时）大大长于晶体自发极化的弛豫时间（约为10-12S），使得面束缚电荷来不及中和，晶体的自发极化强度Ps或面束缚电荷密度σ必然以同样的频率出现周期性变化，从而产生一个交变的电场。

热释电红外传感器的工作原理探测器是：

用调制频率为f的红外线辐射照射热电晶体，使得晶体温度、自发激化强度Ps以及由此引起的面束缚电荷密度σ均随频率f发生周期性变化。

如果铁电体温度升高，铁电体激化强度很快下降，束缚电荷急剧减少，而表面浮游电荷变化缓慢，跟不上铁电体内部的变化，从温度变化引起激化强度变化到在表面重新达到电平