一种红外光电探测器系统电路的制作方法

本发明涉及一种红外光电探测器系统电路，适用于距离探测。

背景技术：

红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波辐射，人眼察觉不到。要察觉这种辐射的存在并测量其强弱，必须把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。红外辐射照射物体所引起的任何效应，只要效果可以测量而且足够灵敏，均可用来度量红外辐射的强弱。红外光电探测器研究从第一代至今已有40余年历史，由于红外探测成像具有作用距离远、抗干扰性好、穿透雾霾烟尘能力强，可以全天候、全天时工作等优点，在军用和民用领域都得到了广泛应用。光电探测器是利用目标红外辐射的光子流与探测器材料相互作用，并在灵敏区域产生内光电效应。因具有灵敏度高、反应速度快等优点在预警、精确制导、探测领域得到广泛应用。

红外光电系统本质是一个光学-电子系统，用于接受波长0.75um至1000um的电磁辐射。它的基本功能是将接受到的红外辐射转换成电信号并加以利用。

技术实现要素：

为了克服现有红外光电探测器系统电路开环不稳定、抗噪性能差、电路结构复杂不够灵活的缺点，本发明设计了一种应用于距离探测的红外光电探测器系统电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是。

在红外光电探测器系统电路中设计了重要的四个部分：信号发射电路、前置放大器电路、检波电路和选通驱动电路。其中信号发射电路采用的光源是红外发光二极管HG505，探测器是光敏三极管3DU5，这样可以增大光电探测系统的信号和信噪比，增大光源和光电器件之间的光谱匹配度。前置放大器电路通过两级运放提高放大增益，且通过把电容耦合到放大电路中去，可以消除探测器上的任何直流偏置电位，且把探测器的1/f噪声的干扰降到最小。检波电路采用CA3140作为运算放大器，通过可变电位器POT可以灵活改变电路的灵敏度，又通过使用运算放大器的理想负载结构来提高比较器的增益进而获得高精度，增加了电路稳定性。由于设计了选通驱动电路，通过滤波和选通方法接收，增强了探测系统在工作时的抗干扰能力。

本发明的有益效果是：采用的光源是红外发光二极管HG505，探测器是光敏三极管3DU5，这样可以增大光电探测系统的信号和信噪比，增大光源和光电器件之间的光谱匹配度。前置放大器电路通过两级运放提高放大增益，且通过把电容耦合到放大电路中去，可以消除探测器上的任何直流偏置电位，且把探测器的1/f噪声的干扰降到最小。又通过使用运算放大器的理想负载结构来提高比较器的增益进而获得高精度，增加了电路稳定性。该电路设计灵活、结构简单、输出阻抗高、通频带宽宽，高频特性好。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是信号发射电路。

图2是前置放大器电路。

图3是检波电路。

图4是选通驱动电路。

图1中，Q1HG505为红外发光二极管，D2 3CF3B为三极管。

图2中，3DU5为光敏三极管，U1、U2为运算放大器。

图3中，POT为电位器。

具体实施方式

图1中，由U1、R1、R2、C1和D1组成20Hz的调脉冲振荡器。其中D1用以调整脉冲周期的占空，在C1充电时D1正向偏置，充电电流由电源流向R1，然后经过D1，最后给C1充电，D1反向偏置。然后在C1放电时，D1反向偏置，放电电流由C1流向R2，经过放大器7脚，最后接地。U1的3脚输出占空比为1:50的振荡信号。由U2、R3、R4和C3组成的20KHz的载频脉冲振荡器，受U1的3脚控制。当U1的3脚为高电平时，U2开始振荡，输出20KHz载频脉冲。U1的3脚为低电平时，U2停振，输出高电平。红外发光二极管采用脉冲驱动方式，由于脉冲驱动方式允许瞬间通过发光管的峰值电流大于额定电流，因此效率较高。

图2中，通过光敏三极管Q2和R7串联，将Q2接收到的红外反射信号转变为相应的交变电压信号，通过电容C8耦合到放大电路中去，该信号通过运放U3、U4进行放大，两级运放能够提供的最大信号增益为1020.这两级运放的幅频响应曲线以20KHz为中心，由C8、C10提供低频段的二次衰减曲线，而高频段的三次衰减曲线由C5和运放内部的电容实现。光敏三极管Q2将接受到的红外线脉冲转换成电信号后通过电容C8耦合到放大电路中去，可以抑制干扰。

图3中，将来自前置放大器输出的20KHz的单音信号波形通过D3、D4、C12、R18、R19、C13网络转换成直流并通过R20馈送到电压比较器运放的非反相输入端上，此运放的反相输入端连接到可变电位器POT上。通过调节可变电位器POT来改变电路的灵敏度，当运放的反相输入端电位越低，检波电路的灵敏度越高；反之，灵敏度越低。

图4中，将来自U1放大器 3脚的信号与检波电路的输出信号一起送到选通门U6A，当其3脚是高电平且检波器输出信号也是高电平时，与非门输出一个低电平触发U7，U7的3脚输出高电平使Q3导通。这样可以消除杂散背景光的干扰，使与U1的3脚的信号不同频同相的信号被禁止，从而保证了在信号波形的“空白”部分中不被触发，提高了传感器的环境适应能力。U7、Q4、C15、R23、POT2组成单稳态可重复触发延时电路，在电路的暂稳态期间内，有新的触发脉冲加入，电路的暂稳态将延续，直到触发脉冲的时间间隔超过tp，电路才返回稳态，当U7的2脚输入负向脉冲后，电路进入暂稳态，三极管Q4导通，电容C15放电，输入低电平撤除后，C15充电，U7的6脚的电位上升，电路仍然处于暂稳态，只有在U7的2脚为负向脉冲后没有新的触发脉冲，电路返回稳态。