专利名称：热释电传感实验仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热释电传感实验仪，属于物理学、传感器、光学等课程教学实验仪器技术领域。
背景技术：
热释电传感器是一种新型高灵敏度红外探测元件。它能以非接触的形式检测出外界辐射的红外线能量的变化，并能将其转换成电压信号输出。将这个输出电压信号加以放大，可驱动各种控制电路，已广泛用于开关控制、防盗防火报警、自动观测等方面。热释电传感器内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成。将热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，能以非接触 方式检测出物体放出的红外线能量变化并将其转换为电信号输出。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅耳透镜将其聚焦后加至热电元上，从而使传感器输出电压信号。随教学的发展，高校的实验教学不仅要求实验设备能够提供原理性演示性的实验项目，同时也要求尽可能地满足学生进行灵活的创新性实验，培养学生创新的思维和动手能力，而现已有的热释电传感器实验仪器只能提供演示性的简单实验，可实验内容少，不能准确反映热释电红外传感器的原理和规律。
发明内容针对现有实验仪所存在的准确度不高和单一性的缺点，提出一种包括热释电传感实验仪主机和可改变红外辐射强度的红外光源、两种热释电传感模块及具有刻度的底座盘和刻度尺组成的实验仪。本热释电传感实验仪由热释电传感实验仪主机和红外辐射光源、两种热释电传感模块及具有刻度的底座盘和刻度尺组成；热释电传感实验仪主机设置有四位数显的电压表和电压调节旋钮、功能选择开关、信号的输入端口、电源输出和信号输出端口，以及高亮LED，主机内部具有放大和控制电路。能满足高等院校的物理学、传感器、光学等课程的实验教学要求。本热释电传感实验仪的刻度尺可绕传感模块的中心轴旋转，并且可通过底座盘的角度刻度读出旋转角度，通过刻度尺读出距离值。在完成单热电元的红外传感实验中，通过调节电压旋钮可改变红外辐射光源的辐射强度，同时可通过刻度尺准确读出辐射光源与热释电传感器距离，测量辐射光源辐射产生的电压强度与距离的关系。在用双热电元的热释电传感模块进行实验时，通过刻度尺的旋转，带动红外辐射光源运动，在底座盘上可准确读取角度，同时在刻度尺上读取距离。可研究热释电传感器对运动辐射光源的探测视场和距离。本发明采用的两种热释电传感模块，分别为单热电元和双热电元传感模块，并且在双热电元传感模块中具有可拆卸的菲涅耳透镜。通过两种不同模块实验的比较，可加深辐射热源和运动热源对两种传感模块不同影响的理解。掌握不同红外传感模块应用的区另IJ。并通过对菲涅耳透镜拆卸的实验比较，理解菲涅耳透镜的作用。本发明的传感实验仪具有红外辐射光源，并且能通过电压调节旋钮改变红外光的辐射强度。同时实验仪具有两种输出方式，可将数字化的电压的变化通过高亮的LED显示出来，也可以通过信号的示波器输出口将信号输入示波器，准确观察传感电压波形的变化。本发明的传感实验仪中的刻度底座盘和刻度尺用不锈钢等硬质材料制成，上面有准确的角度和距离刻度。同时在红外辐射光源的底座中具有卡口槽与刻度尺紧密的结合，并具有软质防滑垫片，用以保证稳定的滑动和保护刻度尺的刻度线。
图I是热释电传感实验仪主机，图I中的I是四位数显电压表，2是电源指示灯，3是信号输入端口，4是电压调节旋钮，5是功能选择开关，6是电源输出，7是信号的示波器输出端口，8是高亮LED状态灯。图2为热释电传感实验仪的外部测量装置，其中9是热释电传感模块，10是菲涅耳透镜，11是具有角度刻度的底盘，12是刻度尺，13是红外辐射光源，14是红外辐射光源底座。图3是红外辐射光源底座结构，其中15为底座防滑垫片。图4是信号放大和比较电路。
具体实施方式
结合说明书附图，下面具体说明实验仪的传感模块、光源和电路的情况。本热释电传感实验仪的双热电元的红外传感器件可用P2288等器件来实现的，单热电元的红外传感器件可用PMSll等器件来实现。本热释电传感实验仪所采用的红外辐射光源可用HN5WXC等器材来实现，所采用的红光高亮LED可为5308URC等型号的LED。热释电传感实验仪主机中的功能选择开关主要用在使用不同的热释电传感模块时用以切换内部电路。由于热释电传感器输出的信号电压十分微弱，故信号需放大电路来放大，本热释电传感实验仪的放大电路是由9013和CA3140组成两级放大来实现的，第一级三极管放大采用共射极接法，将电压放大100倍左右；第二级运算放大器将三极管放大后集电极的输出电压再放大100倍，获得约70dB的增益，此时在第二级放大器CA3140的OUT端输出一个近IOV的电压信号，将此电压输入CA3140等组成的电压比较放大器进行比较放大，使不稳定的模拟信号在经过比较后变成一个稳定的信号。但在电路的静态调整时，应调节电位器R16，先使比较器的OUT端输出为低电平。电路中电阻RlO 为 2. 2KQ, Rll 为 IOKQ，R12 和 R15 为 2. 2MQ, R16 为 22KQ,电路中的电容 C15 为 47 ii F，C16 为 470 U F，C17 为 4. 7 y F，C18 和 C19 都为 0. 033 U F。
权利要求1.一种热释电传感实验仪，其特征是由热释电传感实验仪主机和红外辐射光源(13)、两种热释电传感模块及具有刻度的底座盘(11)和刻度尺(12)组成；热释电传感实验仪主机设置有四位数显的电压表(I)和电压调节旋钮(4)、功能选择开关(5)、信号的输入端ロ(3)、电源输出(6)和信号输出端ロ(7)，以及高亮LED (8)，主机内部具有放大和控制电路。
2.根据权利要求I所述的热释电传感实验仪，其特征是刻度尺(12)可绕传感模块的中心轴旋转，并且可通过底座盘(11)的角度刻度读出旋转角度，通过刻度尺读出距离值。
3.根据权利要求I所述的热释电传感实验仪，其特征是所采用的两种热释电传感模块分别为单热电元和双热电元的传感模块。
4.根据权利要求I或权利要求3所述的热释电传感实验仪，其特征是其热释电传感模块的双热电元的传感模块中具有可拆卸的菲涅耳透镜(10)。
5.根据权利要求I所述的热释电传感实验仪，其特征是其红外辐射光源(13)的底座(14)中具有卡ロ槽与刻度尺结合，并具有软质防滑垫片(15)。
专利摘要本实用新型涉及一种热释电传感实验仪，由热释电传感实验仪主机和红外辐射光源、两种热释电传感模块及具有角度刻度的底座盘和刻度尺组成，热释电传感实验仪主机包括四位数显的电压表和电压调节旋钮、功能选择开关、信号的输入和输出端口和电源输出，以及高亮LED，主机内部具有放大和控制电路。实验仪通过对两种热释电传感模块的准确的测量，使学生能更好的理解和掌握热释电红外传感器原理和应用。实验仪结构合理，操作方便，教学效果好，适合于大专院校的物理学、传感器、光学等课程的教学实验。
文档编号G09B23/18GK202549135SQ20122020333
公开日2012年11月21日 申请日期2012年5月8日 优先权日2012年5月8日
发明者卢常芳, 汪建, 王开明, 范秋丽, 黄昕 申请人:四川农业大学, 汪建