【正文】 光闌到探測器的距離。光子探測器有下列四種類型：(1)光電子發(fā)射器件當光入射到某些金屬、金屬氧化物或半導體表面時，如果入射光子能量hν足夠大，它就能和物質(zhì)當中的電子相互作用，使電子從材料表面逸出，這種現(xiàn)象稱為光電子發(fā)射，屬于外光電效應。大部分光電子發(fā)射器件只對可見光起作用。光電導效應示意圖如圖29所示。G的大小隨實用條件和器件本身的結(jié)構不同，可在10 ?3和103量級間很寬的范圍內(nèi)變化。摻雜探測器在歷史上起過重要的作用，今后在遠紅外波段仍有重要的應用。設n區(qū)中空穴在其壽命τp時間內(nèi)擴散距離為Lp，p區(qū)中電子在τe時間內(nèi)擴散距離為Le，一般情況下，遠大于pn結(jié)寬度，因而可得，結(jié)附近平均擴散距離L內(nèi)所產(chǎn)生的光生載流子對光電流有貢獻，此外的電子空穴對在擴散過程中將復合掉，對pn結(jié)光伏效應無貢獻。這種現(xiàn)象叫做光磁電效應。測量這些物理性能的變化就可以測量出它所吸收的能量或功率。一類是鈦酸鋇結(jié)構的化合物，另一類是金剛石結(jié)構的半導體。即 (228)式中為溫差電動勢，下標“12”表示電流如圖示方向流動；為溫差電動勢率，它與構成熱電偶的兩種材料的費米能級有關。用半導體材料制成的溫差電偶比用金屬做成的溫差電偶的靈敏度高，響應時間短，常用作紅外輻射的接收元件。但其結(jié)構復雜，響應速度慢，只適宜在實驗室使用。熱釋電探測器的響應速度雖不如光子型探測器，但由于它具有可在室溫下使用、光譜響應寬、工作頻率寬[38]，靈敏度與波長無關等特點，因而熱釋電探測器的應用領域十分廣泛，且使用方便[39]。由于自發(fā)極化，在與極化軸相垂直的晶體兩外表面上出現(xiàn)正負束縛電荷，其密度等于自發(fā)極化強度。因此，熱釋電探測器與其它的探測器不同，它只有在溫度升降的過程中才有信號輸出。其主要的性能指標如表21所示表21 PM611的性能指標Table 21 Performance index of PM611參數(shù)參數(shù)值參數(shù)參數(shù)值參數(shù)參數(shù)值靈敏元面積輸出信號視場前截止波長~14m噪聲100mV工作溫度20℃~70℃基片厚度平均透過率75%源極電壓~峰值波長6. 5177。斬波器是一種最簡單的輻射調(diào)制器，一般用金屬片制成。電機總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。從圖中可以看到，它包含三個信號輸入極、一個邏輯控制單元和兩個驅(qū)動輸出極。 6腳輸入端需外接電阻RB，其作用有兩個：一、當RB接地時，給驅(qū)動級設置一定的步進電動機電流。因此，輸出信號的頻率可以通過二者的適當比值來精確調(diào)節(jié)。這種電信號是十分微弱的，通常只有幾毫伏。根據(jù)斬波器的形狀特點，步進電機每旋轉(zhuǎn)一周，都會使熱釋電探測器接收到的紅外信號變化四次。30V 根據(jù)系統(tǒng)的工作頻率，設計一個帶通濾波器，使其中心頻率為20 Hz，帶寬約為20 Hz左右。電路的仿真結(jié)果如圖39所示。同時介紹了放大電路、濾波電路的設計和仿真結(jié)果，以及其硬件電路的實現(xiàn)。同時采用12位的A/D轉(zhuǎn)換器以提高系統(tǒng)的測溫精度。數(shù)據(jù)可并行或串行輸出，并帶有三態(tài)輸出緩沖電路，可直接與各種微處理器相連。10 V，同時帶有四通道多路選擇器。作為二進制搜索算法的第一步，MSB電容的自由端與地斷開，并連接到VREF可驅(qū)動公共端電壓向正端移動VREF/2，若此時該電壓小于地電壓，比較器輸出為邏輯1，則預示MSB大于VREF/2，否則，比較器輸出為邏輯0，此時預示著MSB小于VREF/2，接下來，下一個最大的電容與地斷開，并連接到VREF，通過比較器確定下一位的數(shù)值，如此循環(huán)直到判定出全部數(shù)字位。具體選擇方式是：當該端輸入高電平時，串行轉(zhuǎn)換采用外部串行時鐘；為低電平時，串行轉(zhuǎn)換采用內(nèi)部時鐘。BYTE(21)：字節(jié)選擇控制端。關閉模式時，系統(tǒng)將切斷芯片內(nèi)部模擬和數(shù)字電路的電源，以使芯片處于低功耗狀態(tài)。圖43中，ADS7824的CS端與8051的鎖存地址A2相連，BYTE與8051的鎖存地址A4相連，R/C與8051的鎖存地址A3相連，因此，啟動ADS7824的端口地址為xxxx00xB。 1wire單總線原理 1wire單總線概述 1wire單總線是Maxim全資子公司Dallas的一項專有技術。其內(nèi)部等效電路如下圖所示。但是這個準則對于搜索ROM命令和報警搜索命令例外，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，主機不能執(zhí)行其后的功能命令，必須返回至第一步。在主機發(fā)出ROM命令,以訪問某個指定的DS18B20后，接著就可以發(fā)出DS18B20支持的某個功能命令。這些命令與各個從機設備的唯一64位ROM代碼相關，允許主機在單總線上連接多個從機設備時，指定操作某個從機設備。如果總線保持低電平超過480μs，總線上的所有器件將復位。當只有一個從機位于總線上時，系統(tǒng)可按照單節(jié)點系統(tǒng)操作；而當多個從機位于總線上時，則系統(tǒng)按照多節(jié)點系統(tǒng)操作。它具有獨特的單線接口方式，即與單片機接口僅需占用1根I/O口線；支持多節(jié)點，使分布式溫度傳感器設計大為簡化；測溫時無需任何外部元件，可以通過數(shù)據(jù)線直接供電，具有超低功耗工作方式；測溫范圍55℃~+125℃，℃，可直接將溫度轉(zhuǎn)換值以9~12位數(shù)字碼的方式串行輸出。其與AT89C51單片機的并行接口電路如圖43所示。BUSY(24)（非）：輸出狀態(tài)端。D1(16)：當PAR/SER端為高時，該端輸出為8位并行數(shù)據(jù)bit1，PAR/SER為低時，該端為串行數(shù)據(jù)輸出。CAP(6)：內(nèi)部參考電壓緩沖輸出，可為CDAC在整個轉(zhuǎn)換周期內(nèi)提供適宜的開關電流。它包括一列有N個按照二進制加權排列的電容，在采樣階段，陣列電容的公共端(所有電容連接的公共點)接地，所有自由端連接到輸入信號。典型信噪比(SNR)為73 dB。同時，它還可以在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下對外部4通道模擬輸入信號進行順序轉(zhuǎn)換。所謂A/D的轉(zhuǎn)換速率，是指能夠重復進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度，即每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。為了便于后續(xù)電路的處理，還需要將此信號進行整形。從圖37中可以看出：該電路的中心頻率約在18 Hz處，帶寬約為22 Hz左右。可廣泛應用于精密儀用放大器、傳感放大器、橋式放大器、熱偶放大器、精密測試系統(tǒng)、醫(yī)療器械設備、自動控制系統(tǒng)、波形發(fā)生與變換電路等領域。以往這種濾波器主要采用無源元件R、L和C組成，六十年代以來，集成運算放大電路獲得了迅速發(fā)展，由它和R、C組成的有源濾波器，具有不用電感、體積小、重量輕等優(yōu)點。那么可選擇定時電容C=，將T39。NE555是一種用于產(chǎn)生矩形波振蕩信號的高穩(wěn)定裝置，是一種應用靈活方便的集成組件，在各類檢測電路中得到廣泛應用。8腳是整步／半步方式控制端。表31 20BY20L01的性能指標Table 31 Performance index of 20BY20L01步距角相數(shù)電壓電流電阻最大靜轉(zhuǎn)矩定位轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量25V1075gcm30gcm 對于20BY20L01型步進電機。斬波器要不停地旋轉(zhuǎn)才能對紅外信號進行連續(xù)地調(diào)制。對于紅外系統(tǒng)，當被測物體溫度一定時，由目標所發(fā)射的輻射通量總是恒定的，位于一定距離處的紅外系統(tǒng)所接收到的輻射通量也是恒定的。如果用負載電阻把兩個電極連接起來，就會有熱釋電電流通過負載。因此當晶體經(jīng)受一定頻率的溫度變化時，其體內(nèi)的自由電荷和外部的雜散電荷便來不及中和變化著的面束縛電荷，因此可在動態(tài)條件下測量自發(fā)極化。它的等效電路是在一個在負載電阻上并聯(lián)一個電容的電流發(fā)生器，其輸出阻抗極高，而輸出電壓信號有極其微弱，故在管內(nèi)附有JEPT及厚膜電阻，以達到阻抗變換的目的[48]。與光子探測器相比，熱探測器有以下幾個特點：一、熱探測器一般在室溫下工作，不需要致冷；而多數(shù)光子探測器必須工作在低溫條件下才具有優(yōu)良的性能。(3)氣體探測器氣體在體積保持一定的條件下吸收紅外輻射后會引起溫度升高、壓強增大。為熱時間常數(shù)，為熱探測器的熱容。熱電偶是基于溫差電效應工作的。熱敏電阻基本上是用半導體材料制成的，有負電阻溫度系數(shù)和正電阻溫度系數(shù)兩種。因為對于大部分半導體，不論在室溫或是在低溫下工作，這一效應的本質(zhì)使它的響應率比光電導探測器的響應率低，光譜響應特性與同類光電導或光伏探測器相似，工作時必須加磁場又增加了使用的不便，所以人們對它不再感興趣了。短路電流定義為光照下pn結(jié)外電路短路(即V=0)時，從p端流出，經(jīng)過外電路流入n端的電流 (225)可見它在弱光照射下與E呈線性關系[37]。以pn結(jié)的光伏效應為例。單晶型光電導探測器，早期以銻化銦(InSb)為主，只能探測7以下的紅外輻射，后來發(fā)展了響應波長隨材料組分變化的碲鎘汞和碲鎘鉛三元化合物探測器。若光功率P沿x方向均勻入射，光電導材料吸收系數(shù)為α，則入射光功率在材料內(nèi)部沿x方向的變化為 （213）式中，P為x=0處的入射光功率。屬近紅外光電陰極。該式常被稱作光電轉(zhuǎn)換定律。按探測器的工作機理區(qū)分，可將紅外探測器分為光子探測器和熱探測器兩大類[36]。鑒于上述幾個方面的原因，選擇直徑為20 mm，焦距為40 mm的鍺透鏡作為物鏡，以便透過9~10μm的人體紅外輻射。(3)球差由于透鏡的形狀為球面，這造成了非近軸光的成像面不能重合，這種誤差就是通常所說的球差。假定角度θθββ2都很小，則它們的正弦值可表示成它們的弧度值。同時為了減小光學系統(tǒng)的光能損失，選擇了鍺單透鏡作為物鏡。(3) 馬克蘇托夫系統(tǒng) 該系統(tǒng)的主鏡為球面鏡，與曼金折射－反射鏡相似，仍采用負透鏡校正球面鏡的球差，但讓負透鏡與球面鏡分離，利用形狀與位置兩個自由度，可以消去更多的像差，其像質(zhì)必然比曼金折射－反射鏡有更大的改進[34,35]。此外，像差也依賴于透鏡的曲率半徑、厚度，以及透鏡間的空氣間隙。(2) 卡塞格倫系統(tǒng) 卡塞格倫系統(tǒng)的主鏡是拋物面，次鏡是雙曲面如圖24所示。(2)組合透鏡組合系統(tǒng)由若干個單透鏡組成，如圖22所示。輻射傳遞通路上的介質(zhì)吸收和固體遮擋物等因素將直接影響測溫的精確度。本課題為自選課題?！妗?精度要求為177。雖然熱電堆所做的儀器在響應速度、精度等方面都能達到較高的要求，但它有很大的局限性，如信號強度小，非線性，電損耗大，儀器重，成本高?！?、[27,28]。這種依賴關系很容易受表面狀況——包括表面粗糙度、氧化層的厚度、物理或化學雜質(zhì)等的影響。 發(fā)射率和環(huán)境因素對紅外測量儀的影響 發(fā)射率對紅外測量儀的影響發(fā)射率是指在相同的幾何條件和光譜條件下，實際物體與同溫度黑體的輻射能通量之比[20]。可見，這兩方面的要求是矛盾的。比色測溫儀可在一定程度上消除因發(fā)射率不同而造成的誤差。若取為單位波長，在T時，式(16)將簡化為 （17）若用黑體標定，由亮溫的定義，這時，溫度為的黑體輻射能量應等于溫度為T的目標輻射能量。由上式可以知道，物體表面的輻射功率不僅取決于物體的溫度T，還依賴于物體表面的發(fā)射率。到二十世紀初，輻射法測溫的理論準備已基本完善。傳統(tǒng)的接觸式測溫方式由于其反應速度慢、測溫時間長、干擾物體的溫度場等缺點而使其應用范圍受到限制。紅外線是從物質(zhì)內(nèi)部發(fā)射出來的，物質(zhì)的運動是產(chǎn)生紅外線的根源。50 傳統(tǒng)溫度補償方式及其不足42 DS18B20功能簡介41 環(huán)境溫度的檢測38 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇29 信號的放大和濾波28 斬波器的驅(qū)動27第3章 電路系統(tǒng)設計13 透鏡成像的誤差及對策7 課題的意義和內(nèi)容6 醫(yī)用紅外測溫儀的現(xiàn)狀4 發(fā)射率和環(huán)境因素對紅外測溫儀的影響 2 全輻射測溫儀系統(tǒng)經(jīng)過定標和測試表明：本系統(tǒng)在測量的精度和穩(wěn)定性上有所提高。因此，減小外界環(huán)境因素對紅外測溫儀的影響具有十分重要的意義。醫(yī)用紅外測溫儀及溫度補償技術的研究摘 要紅外測溫是目前最主要的非接觸式測溫方式之一。本設計針對目前醫(yī)用紅外測溫儀的現(xiàn)狀，在查閱了大量國內(nèi)外文獻的基礎上，提出了一種新的環(huán)境溫度的補償方法。關鍵詞 紅外測溫儀；熱釋電探測器；發(fā)射率；溫度補償；單片機；定標AbstractAs a main way of noncontact measurement,infrared measurement has many advantages,such as rapid reaction,wide meas