熱電效應實驗裝置

A. 模擬大氣溫室效應的實驗過程

4．溫室效應演示實驗

概述：溫室效應是近年來頻繁出現的一種環境現象，是因為溫室氣體（例如CO2）有較好的吸熱，散

熱功能，所以溫室氣體可對環境溫度的變化產生影響，我們可以用實驗來說明。 試劑與材料：紅外輻

射燈 測溫熱電偶 溫度計 燒杯燒瓶 滴管 黑面圓板 簡易啟普發生器裝置鹽酸 大理石

步驟：

實驗(一)：取兩個250ml的燒杯，底部放置消光黑面圓板，在燒杯上用均勻而適當的強光照明(紅外輻

射燈)，用Ni-Cr同軸熱電偶置於燒杯中心距底2厘米處測溫，並記錄。用玻璃片遮蓋一個燒杯，用啟普

發生器制CO2通入其中，用燃燒的火柴檢驗是否集滿，集滿後取出導管和玻璃片，燈光均勻持續照射，

每30秒讀兩燒杯溫度值，並記錄，取10組數據(共計5min)。

實驗(二)：（如下圖准備裝置）在兩只燒杯里分別充滿CO2和空氣，塞緊帶有溫度計和膠頭滴管的橡皮

塞。再把兩只燒瓶放在紅外線下照射，觀察溫度升高的情況。調節兩瓶的溫度，均達30℃時，在相同

環境下，觀察溫度下降的情況。

圖1 溫室效應實驗裝置圖

結果與討論：

實驗(一):未通CO2時，兩燒杯存在0±2℃的溫度差異，通入CO2後，裝有CO2的燒杯溫度高於鄰杯，1分

鍾左右達最大值10℃左右，而後溫度差逐漸縮小。為什麼？

實驗(二):兩瓶在相同光線照射下，裝CO2的溫度較鄰瓶高，最大可達4℃， CO2降溫速度較慢。比較兩

種方法，為什麼實驗(一)的溫差較大，效果明顯?

B. 初中熱電偶實驗問題

你好，樓主，這道題我看了別人的答案，覺得挺合理的。給你貼一下
熱電偶是工業上最常用的溫度檢測元件之一，熱電偶工作原理是基於賽貝克(seeback)效應，即兩種不同成分的導體兩端連接成迴路，如兩連接端溫度不同，在迴路中就會產生電動勢，這種現象稱為熱電效應，而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的。其優點是：
1、測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質的影響。
2、測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達+2800℃（如鎢-錸）。
3、構造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。
以下是相關的知識

快速測溫熱電偶用於測量鋼水及高溫熔融金屬的溫度，是一次性消耗式熱電偶。它的工作原理是根據金屬的熱電效應，利用熱電偶兩端所產生的溫差電熱測量鋼水及高熔融金屬溫度。
快速熱電偶主要由測溫偶頭與大紙管構成。偶頭主要有正負偶絲焊接在補償導線上，補償導線穿嵌在支架上，支架外套有小紙管，偶絲以石英支撐和保護。最外裝有防渣帽，全部零組件集中裝入泥頭中並以耐火填充劑粘合成一整體，而不可拆卸，故為一次性使用。
一、快速熱電偶用途和工作原理
快速測溫熱電偶用於測量鋼水及高溫熔融金屬的溫度，是一次性消耗式熱電偶。它的工作原理是根據金屬的熱電效應，利用熱電偶兩端所產生的溫差電熱測量鋼水及高熔融金屬溫度。
二、快速熱電偶產品規格型號及性能比較名稱
型號 分度號 允差 上限 測量時間 鉑銠30-鉑銠6 KB-602P B ±5 1750 4～6s 鉑銠10-鉑 KS-602P S ±5 1650 4～6s 鉑銠13-鉑 KR-602P R ±5 1650 4～6s 鎢錸3-鎢錸25 KW-602P W ±7 1800 4～6s
三、快速熱電偶結構 一次性消耗式熱電偶的結構，
它主要由測溫偶頭與大紙管構成。偶頭主要有正負偶絲焊接在補償導線上，補償導線穿嵌在支架上，支架外套有小紙管，偶絲以石英支撐和保護。最外裝有防渣帽，全部零組件集中裝入泥頭中並以耐火填充劑粘合成一整體，而不可拆卸，故為一次性使用。
四、快速熱電偶使用方法
1、根據測量的對象和范圍，選擇適當保護紙管長度及適用的測溫槍。
2、把快速熱電偶裝在測溫槍上，並使二次儀表指針（或數顯器）回零，這時說明接觸良好，可以進行測量。
3、快速熱電偶插入鋼水深度以300-400mm為宜，測量時不要測到爐壁或渣子上，做到：快、穩、准，當二次儀表得到結果時，應立即提槍，快速熱電偶在鋼水中浸漬時間不得超過5秒，否則易燒毀測溫槍。
4、測溫槍從爐內提出後，取下使用過的熱電偶，並裝上新的，停頓幾分鍾，准備下次測量。不得連測連拆，否則造成溫差波動。
希望對你有幫助。

C. 王海濤的經典論文

太陽能熱泵系統的穩定性
王海濤, 王造奇
( 1. 安徽建築工業學院 環境工程學院, 安徽 合肥 230027; 2. 中國科學技術大學 熱科學和能源工程系, 安徽 合肥 230022)
摘 要: 在相同的壓縮機頻率、冷凝水溫和相同的電子膨脹閥開度下, 文章對 PV/ T- SAH P 系統的動態性能
進行了實驗和分析, 就不同太陽輻照度和環境溫度對 PV/ T- SAH P 系統性能的影響進行了對比, 提出了光伏-
太陽能熱泵( PV/ T- SAH P)的系統穩定性原理, 指出 PV/ T- SAH P 系統需要解決的一些問題。
關鍵詞: PV/ T- SAH P 系統; 最小過熱度; 穩定性
中圖分類號: TK519 文獻標識碼: A 文章編號: 1003- 5060( 2008) 07- 1008- 04
在太陽能熱泵系統中, 蒸發器所吸收的熱能大多數來自太陽能, 太陽輻照度隨著季節、早晚時差的不同而不同, 而壓縮機的容量又是額定的, 因此文獻[ 1] 指出, 在其他條件一定的情況下, 集熱器的容量和壓縮機的容量是否匹配直接影響系統的工作性能[ 1- 6] 。由於系統通常在非設計工況下運行, 按設計工況確定的集熱器面積與壓縮機的容量往往不匹配, 因此提出了一種新型的光熱、光電綜合利用的直接膨脹式太陽能熱泵系統 , 該系統中光伏組件與熱泵裝置的蒸發器結合成一體, 同時在系統設計時採用變頻壓縮機和電子膨脹閥( electronic expansionvalve, 簡稱 EXV ) , 通過改變壓縮機容量來解決非設計工況下的不匹配問題。但是在實驗中, 該系統出現不穩定情況, 或者稱為振盪, 即系統在一定的工況下壓縮機功率、各處製冷劑壓力和溫度等系統參數均發生周期性振盪。系統振盪對其經濟性和安全性都是不利的, 所以保證穩定性是系統配置和控制的必要條件。
1 實驗裝置及電子膨脹閥
PV/ T-SAHP 太陽能熱泵系統如圖 1 所示。
實驗台如圖 2 所示, 主要包括溫度測量、壓力測
量、功率測量、流量測量、輻照強度測量及風速測
量等幾大部分。共有測點 53 個, 除工質流量由商
家自帶軟體單獨測量, 其他測點全部由數據採集
儀實時採集記錄。
( 1) 數據採集。數據採集儀 Agilent34970A,
配置 HP 34901A 採集模塊 3 個, 共 54 個電壓采
集通道, 6 個電流採集通道, 實驗過程一般 30 s 采
集數據一次。圖 1 PV/ T-SAHP 太陽能熱泵系統
( 2) 溫度測量。採用 01 2 mm 銅康銅熱電
偶; 蒸發器進口、蒸發器出口、冷凝器進口、冷凝器
出口、儲水箱、壓縮機進口、壓縮機出口及百葉箱
等共 20 個; 光伏蒸發器內部各處共計 23 個。
( 3) 壓力測量。製冷壓力專用感測器( Huba506, Sw eden) , 0~ 30 @ 10
2
kPa, 精度? 11 0%,
響應時間小於 5 ms, 負載頻率小於 50 Hz; 數量 4
個; 位於蒸發器進口、蒸發器出口、冷凝器進口及
冷凝器出口, 用於觀察壓縮機、冷凝器、膨脹閥及
蒸發器進出口的壓力變化。
( 4) 日照輻射儀。TBQ-2( 錦州, 陽光) 型日
照輻射儀 1 台; 安裝位置與光伏蒸發器平行, 該表
為熱電效應原理, 感應元件採用繞線電鍍式多接
點熱電堆。
( 5) 功率感測器。WBP112S91 和 WBI022S
( 四川維博) , 數量 2 個; 分別測試壓縮機輸入功率
( 交流) 和 PV 模塊輸出光伏電流( 直流) 。
系統採用浙江三花 DFP( L) 11 6-12 型電子膨
脹閥, 四相步進電機驅動, 開閥脈沖 32 ? 20, 全程
脈沖 500, 使用介質 R22, 閥的開度由研製的控制
器控制。
2 實驗結果及分析
21 1 實驗條件
2006 年 10 月 14 日、2006 年 11 月 6 日和
2006 年 12 月 2 日, 在合肥地區( 北緯 31b53. , 東
經 117b15. ) 進行了 PV/ T-SAHP 系統在相同的
電子膨脹閥開度( 開度脈沖 400) 、相同的冷凝水
溫( 30 e ) 下的性能測試。
測試期間的瞬時氣象參數和冷凝水溫如圖
3、圖 4 和圖 5 所示。試驗過程中, 閥1、閥2、閥5、
閥 6 關閉, 閥 3、閥 4、閥 7、閥 8 開啟, 工質流動方
向如圖2 所示。壓縮機定頻( 50 Hz) 運行, 由公共
電網供電。PV 電流輸出, 經逆變器逆變後, 由外
界負載消耗。測試期間, 水箱儲水 80 kg, 水冷板
式換熱器水側流速 01 217 kg/ s。
2. 2 測試結果及分析
21 21 1 測試結果說明
由於秋天上午易出現多雲天氣, 為了更好地
觀察和對比, 在 3 d 的上午先把水加熱到 30 e ,
然後保持冷凝水溫不變, 從 11: 21 分開始正式記
錄數據。
從圖 3 和圖 4 可以看出, 3 d 午後的太陽輻照
度變化明顯, 易於比較。
從圖 6 可以看出系統壓縮機功率的變化。
2006 年 10月 14 日測試期間平均環境溫度較高
( 271 56 e ) , 當冷凝水溫不變時壓縮機運行穩定。
11 月 6 日測試期間平均環境溫度( 201 71 e ) 比
第 7 期 王海濤, 等: 太陽能熱泵系統的穩定性 100910 月 14 日的平均環境溫度降低了 61 85 e , 太陽
輻照度和 10 月 14 日相比變化不大, 但壓縮機的
功率在測試期間出現了振盪現象。
12 月 2 日平均環境溫度( 81 85 e ) 較前 2 次
更低, 而此時壓縮機的功率振盪更加劇烈。
如圖 7 所示, 說明了系統在不同的太陽輻照
度和環境溫度時系統光電效率 Gel 的變化。光電
效率隨著環境溫度的降低而升高, 環境溫度較低
時( 2006 年 12 月 2 日, 測試期間平均環境溫度
71 4 e ) , 最高光電效率達到 131 4% 。
與普通光伏模塊( 12%) 相比, 光電轉換效率
明顯提高, 波動很小。
這主要得益於工質蒸發對光伏模塊的冷卻作
用, 使得 PV/ T-SAHP 系統的光伏電池在高輻照
條件下也能維持在較低的工作溫度, 從而保證較
高的光電轉換效率。圖中 OPS 為蒸發器的工作
過熱度。
圖 7 測試期間光電效率變化
21 2. 2 測試結果分析
當蒸發器的幾何尺寸和熱工參數確定後, 在
運行中存在一條最小穩定信號線( M inimum Stable Signal 線, 簡稱 M SS 線)
[ 8] 。M SS 線以左, 蒸
發器屬於不穩定區; M SS 線以右為穩定工作區;
在 MSS 線上則是臨界值。圖 8 表示了蒸發器
MSS 線與不同靜態過熱度時的膨脹閥特性線, 當
蒸發器負荷為 Q 時, 製冷系統工作於 A 點時處於
臨界穩定狀態, 理論上講為最佳穩定工作點。如
果調小膨脹閥靜態過熱度, 使工作點處在不穩定
區中, 系統將產生振盪。
圖 8 膨脹閥與蒸發器的匹配關系
由 MSS 線理論很容易解釋上述現象, 當環境
溫度很高時( 2006 年 10 月 14 日) , 集熱/ 蒸發器
出口製冷劑過熱度很大, 此時系統工作在 MSS 線
的右側, 處於穩定工作區。當環境溫度很低時
( 2006年 12 月 2 日) , 集熱/ 蒸發器出口製冷劑過
熱度很小, 此時系統工作在 MSS 線的左側, 處於
不穩定工作區, 壓縮機出現劇烈振盪。
PV/ T-SAHP 系統產生振盪, 對系統運行經
濟性與安全性均很不利, 由於對系統的穩定性缺
少理論與定量研究, 為確保運行穩定性, 往往片面
地增加蒸發器的運行過熱度, 這就降低了蒸發器
的利用率, 因為過熱區製冷劑的放熱系數還不到
兩相區最大放熱系數的 1/ 5
[ 8]
。適當減小蒸發器
的運行過熱度, 可獲得一定的節能效益, 但又不能
1010 合肥工業大學學報( 自然科學版) 第 31 卷盲目地減少過熱度, 追求運行經濟性而導致系統
產生振盪。只有對蒸發器和膨脹閥本身的動態特
性做出定量分析, 並找出系統的臨界穩定區( MSS
線) 與條件, 找出影響系統穩定性的各種因素, 給
出其定量關系, 才能在保證系統穩定性前提下, 最
大限度地利用蒸發器的有效傳熱面積, 獲得最高
的經濟性。3 本系統需要解決的問題
PV/ T-SAHP 系統中配置變頻壓縮機和電子
膨脹閥的關鍵問題, 是以保證系統穩定性和變容
量范圍內系統最佳運行工況為目標, 確定合理的
控制方案和控制演算法。在該系統的研究開發過程
中, 還有許多理論問題和實際應用問題要解決。
31 1 系統靜態和動態特性
深入了解控制對象的特性是尋求合理的控制
方案和控制演算法的基礎。對系統中各部件的靜態
和動態特性進行理論分析和試驗研究, 用理論建
模的方法, 得出各部件的靜態模型和動態模型。
然後根據各部件參數之間關系, 建立系統靜
態和動態模型。根據模擬計算和試驗研究的結
果, 分析系統靜態和動態特性。
31 2 系統穩定性原則
由於該系統有變頻壓縮機和電子膨脹閥 2 個
流量調節裝置, 所以同樣存在系統穩定性問題。
在以上系統靜態和動態研究的基礎上, 分析
滿足系統穩定性條件下的電子膨脹閥特性要求,
得出系統穩定性區域。
31 3 控制方案和控制演算法
為減少電子膨脹閥流量調節對過熱度的響應
滯後, 電子膨脹閥對蒸發器出口端製冷劑過熱度
的檢測可通過熱敏電阻或壓力信號。用 2 只熱敏
電阻檢測時, 一個測量蒸發溫度, 另一個測量蒸發
器出口溫度; 採用壓力信號對蒸發器出口端壓力
進行測量, 並經物性程序將其轉化為蒸發溫度。
由於蒸發器內壓力的變化比溫度的變化迅速, 因
此控制器能及時地反應過熱度的變化。
電子膨脹閥流量調節對過熱度的響應滯後問
題, 也可以採用前饋加反饋的復合調節方法解決。
如將壓縮機轉速作為前饋信號, 根據轉速變化調
節電子膨脹閥供液量, 再結合反饋進行復合調節。
由於系統的非線性特性, 採用模糊演算法有一
定優勢。也可考慮 PID 控制演算法和模糊控制算
法結合使用, 發揮各自演算法的優點, 達到較好的控
制效果。
4 結 論
( 1) 變頻壓縮機和電子膨脹閥組成的 PV/ TSA HP 系統存在系統振盪問題。
( 2) 變頻壓縮機和電子膨脹閥組成的 PV/ TSA HP 系統是一種最有發展前途的系統配置, 代
表太陽能熱泵系統的發展方向。
需要對系統靜態和動態特性進行深入了解,
確定合理的控制方案和控制演算法, 以保證系統穩
定性和變容量范圍內系統最佳運行。
[ 參 考 文 獻]
[ 1] Chaturvedi S K, Ab azeri M. T ransient simul ation of a capacit y-m o lat ed, direc-t expan sion, sola-r assist ed heat
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evaporat or[ J] . Int ernational Jou rnal of Refrigeration, 2002,
25: 1137- 1142。

D. 簡述熱電偶測溫原理

熱電偶工作原理：兩種不同成份的導體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成內迴路，當兩個接合點容的溫度不同時，在迴路中就會產生電動勢，這種現象稱為熱電效應，而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產生的熱電勢。

杭州美控自動化技術有限公司MIK-WZPK熱電偶採用的進口芯體，採用不銹鋼外殼，從而達到穩定性好，精度高，抗震性能強等特點。目前市場上熱電阻主要是Pt100，熱電偶主要是K型、T型、S型、R型、B型、N型、E型、J型等8種常規型號，具體現場需要熱電阻還是熱電偶，主要根據現場測溫精度與測溫范圍確定。

E. 求一個感測器設計報告，比如簡易電阻，電容和電感測試儀此類的

感測器課程設計報告論文雜集 2009-03-15 12:42:55 閱讀2482 評論24 字型大小：大中小 訂閱

一、綜述

隨著時代的不斷進步，人們對自己所處環境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面，不得不時刻留意那些不速之客。現在現在很多小區都安裝了智能報警系統，因而大大提高了小區的安全程度，有效保證了居民的人身財產安全。由於紅外線是不見光很強的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應用。此外，在電子防盜、人體探測等領域中，被動式熱釋電紅外探測器也以其價格低廉、技術性能穩定等特點而受到廣大用戶和專業人士的歡迎。

1、基於紅外技術報警器的種類

目前國內使用的各類防盜、保安報警器基本都是以超聲波、主動式紅外發射／接收以及微波等技術為基礎。與被動式紅外入侵報警器比較，主動式具有靈敏度高，探測距離遠，對氣候與氣象變化有良好的適應能力等優點，比較適合室外或某些特殊警戒使用。但其不足之處是視場角小，警戒區狹窄，安裝比較復雜，價格稍貴。主動式紅外入侵報警器也由探測器和監控器兩部分組成。將一台紅外發射機和接收機組合在一起就可以構成一種簡單的非可見光束入侵物探測器或報警系統DJ。上述的主動和被動入侵報警器是利用一種感測或探測方式，即單探測技術進行報警的。雖然其結構簡單，價格低廉，但由於易受各種因素的影響，如環境溫度、震動、光強變化、電磁干擾、小動物活動等的影響，在某些情況下的誤報，漏報率會相當高，所以只有採用多種探測技術，才能較好的解決誤報率高這一難題。多技術復合入侵報警器是將兩種或兩種以上的探測技術結合在一起，以「相與」的關系來觸發報警裝置，即只有當兩種或兩種以上探測器

同時或相繼在短暫時間內都探測到入侵日標時，才發出報警信號。在雙探測技術的報警器中，以熱釋電紅外一微波雙探測技術組合的誤報率最低。

而這里所設計的被動式紅外報警器則採用了美國的感測元件——熱釋電紅外感測器。這種熱釋電紅外感測器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，並將其轉變為電壓信號，同時，它還能鑒別出運動的生物與其它非生物。熱釋電紅外感測器既可用於防盜報警裝置，也可以用於自動控制、接近開關、遙測等領域。用它製作的防盜報警器與目前市場上銷售的許多防盜報警器材相比，具有如下特點：

●不需要用紅外線或電磁波等發射源。

●靈敏度高、控制范圍大。

●隱蔽性好，可流動安裝。

2、熱釋電紅外感測器簡介

熱釋電紅外線感測器是20世紀80年代發展起來的一種新型高靈敏度探測元件。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量變化，並將其轉換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅動各種控制電路，如用於電源開關控制、防盜防火報警、自動監測等。熱釋電紅外感測器不僅適用於防盜報警場所，亦適於對人體傷害極為嚴重的高壓電及×射線、 射線自動報警等。

熱釋電紅外線感測器主要部分是由一種高熱電系數的材料製成尺寸為2×lmm的探測元件。在每個探測器內裝入一個或兩個探測元件，並將兩個探測元件以反極性串聯，以抑制由於自身溫度升高而產生的干擾。探測元件的作用是探測、接收紅外輻射並將其轉換成微弱的電壓信號。為了提高探測器的靈敏度及探測距離，一般在探測器的前方裝設一個菲涅爾透鏡或衍射光學型聚焦鏡等。菲涅爾透鏡是用透明塑料製成的一種具有特殊光學系數的透鏡。用它和放大電路相配合，可將信號放大70dB以上，可以測出10～20m內人的活動。同時利用透鏡的特殊原理，在探測器的前方產生一個交替變化的"盲區"和"高靈敏區"。 當有人從透鏡前走過時，人體發生的紅外線就不斷地在"盲區"和"高靈敏區"內切換，這樣就使接收到的信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入,增強了能量幅度，從而提高了探測靈敏度。人體輻射的紅外線中心波長為9～10μm，而探測元件的波長靈敏度在0.2～20μm范圍內，可在感測器頂端開一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片只能通過波長范圍為7～10μm的光，這樣便可以製成專門探測人體輻射的紅外線感測器 。

3、熱釋電紅外感測器的原理

釋電紅外感測器和熱電偶都是基於熱電效應原理的熱電型紅外感測器。不同的是熱釋電紅外感測器的熱電系數遠遠高於熱電偶，其內部的熱電元由高熱電系數的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產生的干擾，該感測器在工藝上將兩個特徵一致的熱電元反向串聯或接成差動平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化，並將其轉換為電信號輸出。熱釋電紅外感測器在結構上引入場效應管的目的在於完成阻抗變換。由於熱電元輸出的是電荷信號，並不能直接使用，因而需要用電阻將其轉換為電壓形式，該電阻阻抗高達104MΩ，故引入的N溝道結型場效應管應接成共漏形式，即源極跟隨器，來完成阻抗變換。熱釋電紅外感測器由感測探測元、干涉濾光片和場效應管匹配器三部分組成。設計時應將高熱電材料製成一定厚度的薄片，並在它的兩面鍍上金屬電極，然後加電對其進行極化，這樣便製成了熱釋電探測元。由於加電極化的電壓是有極性的，因此極化後的探測元也是有正、負極性的。

二、設計內容

設計課題：基於熱釋電紅外感測器的自動報警器

目前，紅外技術作為一種新的技術，它已越來越得到社會各界的重視和廣泛應用，已經成為先進科學技術的重要組成部分，它在各領域都得到廣泛應用。由於它不是可見光，因此用來製作防盜報警系統，具有良好的隱蔽性，白天和夜裡都能用，而且抗干擾能力強，這種報警裝置可廣泛用於博物館、單位要害部門和家庭的防護。本課題的目的是通過對現有的光電防盜報警裝置優缺點的研究，進行改進和優化，研製出一種新型的光電防盜報警系統，比傳統的光電防盜報警系統的誤報率低，抗干擾能力強

在綜合各類感測器的優劣特點和查閱一些相關的國內外文獻後，確定了基於熱釋電紅外感測器的防盜自動報警系統的可行性，設計了由熱釋電和光敏感測器構成的新的自動報警電路，適用於家庭、倉庫、商場的夜晚自動值守防盜保護。

熱釋電紅外感測器感應到入侵者的紅外熱輻射(人體體溫)，將其轉換成超低頻信號，經電路放大，輸出。同時由於微波探測器接收到的回波信號的頻率(或相位)發生變化，經過電路處理後轉變為電信號，輸出。兩組信號同時到達與「〕，經判斷，再將報警信號通過天線發射出，可以用接收電路或收音機接收報警信號。最後本文對熱釋電紅外探測器件性能、微波多普勒探測系統性能進行了檢測，分析了微波多普勒探測系統干擾的來源及進入機器的途徑，並對其脈沖干擾、電源干擾等提出了抑制辦法。

三、本課程設計要達到的技術指標

紅外感測頭為雙敏感元感測器P228，其晶元材料為擔酸鏗，上有雙探測元，具有響應度高(6500V/W)> 雜訊低，抗電磁干擾性能好，窗口譜響應(包括探測元和濾光片)為7-15μΜ。熱釋電紅外探測器對入侵者輻射出的紅外能量和移動速度兩個參數都能探測到，它對橫向切割(垂直方向)探測區方向的人體運動最敏感。因此安裝熱釋電紅外探測器時，應盡量使入侵者的活動有利於橫向穿越其視場，以提高其探測靈敏度。微波多普勒探測器，則對軸向移動(或徑向移動)的活動體最為敏感最大，因此，在一個有限的空間兩者的探測靈敏度需兼顧。探測最靈敏。安裝熱釋電紅外探測器和微波探測器時，具體布置和安裝時，應使探測器正前方的軸向方向與來犯者最有可能會穿越的主要方向約成45°角為宜，便使熱釋電紅外和微波兩種探測器皆處於較靈敏的狀態。

電路主要由熱釋電紅外感測器探測電路、光控電路、報警驅動電路等組成。在溫度為-20— +60度之間，電壓為3—15V時，熱釋電能有效探測進入探測區域的紅外發射體。

四、實驗原理

1、熱釋電效應

熱釋電紅外探測器最重要的部件是熱釋電紅外感測器。這種感測器的原理基

於熱釋電效應。某些強介電物質的表面接收了紅外線的輻射能量，其表面產生溫

度變化，隨著溫度的上升或下降，在這些物質表面就會產生電荷的變化，這種現

象稱為熱釋電效應，是熱電效應的一種。這種現象在欽酸鋇之類的強介電質材料

上表現得特別顯著。若在欽酸鋇一類的晶體的上下表面鍍膜形成電極，在上表面

加以黑色膜，若有紅外線間歇地照射，其表面溫度上升乙T，其晶體內部的原子

排列將產生變化，引起自發極化電荷dP，設該元件的電容量為C，則該元件的電壓為乙只℃。需要指出的是，熱釋電效應產生的表面電荷不是永存的，只要它出現，很快便被空氣中的各離子所結合。因此，用熱釋電效應製成的紅外線感測器往往需要在元件的前面加機械式的周期遮光裝置，以使此表面電荷周期出現才能實現測量;或者只有當測移動物體時才可不用周期遮光裝置。因此紅外線探測器在探測靜止物體(包括人體)時需要加周期遮光裝置;只有檢測運動的人體時才無周期遮光裝置。

2、實驗原理圖

該自動防盜報警系統包括熱釋電紅外探測電路、光控電路、報警驅動電路和發射、接收電路。自動報警器在白天處於封鎖狀態；夜晚自動進入工作狀態，只要有人進入熱釋電紅外感測器探測的區域，揚聲器就發出報警聲。

其組成功能框圖如下圖所示。

報警

驅動

電路

光控

電路

熱釋電紅外探測器探測電路

報警

電路

該自動報警電路主要由熱釋電紅外感測器探測電路、光控電路（RG、RP2、R4）、報警驅動電路（四聲語音集成塊IC2等）等組成。白天，受光控感測器RG的控制，VT1處於導通狀態，封鎖了聲控電路；夜晚自動進入工作狀態。調節RP1可改變報警聲時間的長短。拆除RG及VT1、VT2，並在IC1的④腳與地間加接一隻47μF的電容進行開機復位，則自動報警系統就會進入全天候監控狀態。

五、實驗過程

1、選題

實驗小組最初的設計目的是想運用所學的感測器知識製作一個了「溫度報警器」，但是該電路比較簡單，根據老師的指導，我們准備進行改進和擴展，定為「數字溫度報警器」，就是對報警的溫度給予定性的表述。然而，在實驗的過程中發現缺少較多元器件。最後，我們查閱資料，依然選擇了報警器，只是這個課題是基於熱釋電紅外感測器的自動報警器。

2、設計電路

在復習了該類感測器的工作原理、工作特性等基礎知識後，我們又查閱了感測器應用電路製作知識以及相關的碩士學位論文，初步確定了實驗的電路構成，並經過分析最終設計出了「熱釋電紅外感測器自動報警器」電路。

3、實驗器材和實驗元器件的准備

設計好電路後最重要的一項工作就是要確定各個元器件的型號和規格。經過分析和計算，我們選定熱釋電紅外感測器的紅外感測頭為雙敏感元感測器P228，晶元為IC：NE5585，揚聲器為四聲片IC：9561；此外，在實驗室准備了其他的實驗器材和元器件。

4、在面板上搭接電路

在面板上搭接電路時應注意，搭接人員應先分析熟悉電路，如果不熟悉的人進行搭接會走很多彎路。我們搭接時基本上是先把電路分為四個版塊紅外探測部分、光控電路部分、驅動電路部分和報警電路部分，按照這四個部分的順序依次搭接。搭接好後再換一個同學進行檢測，主要是先檢查電路搭接是否准確無誤，然後就是用萬用表檢測各個原件是否導通完好。經過這么幾個步驟，實驗電路就基本上在面板上搭好了。

5、模擬調試

前面幾個步驟都順利完成後，我們就進行模擬調試。然而，此時才發現調試結果卻並沒有達到預期效果，報警器只是輕微鳴了一下。經過分析發現電路和元器件並沒有問題，而是在面板上的元器件因為振動等原因接觸不好，特別是部分電阻，有時壓根就沒有連接上。於是，我們採取把面板撐起，讓元器件引腳懸空的措施，經過調試達到了預期效果。

6、焊接電路板

焊接電路板看似簡單，實際操作起來才發現很困難。剛開始焊接時一點都不熟悉，手也發抖，導致各個引腳的焊錫過大，經常使部分電阻短路，更困難的是造成虛焊，因為很難檢查。經過焊接、檢查、焊接、再檢測，終於把電路板焊接好，再進行試驗，能完成任務，達到目的。

7、整理實驗器材

實驗結束，收拾整理實驗的器材，歸還器材管理人員。

8、驗收

最後，將做成的產品交給老師檢查、驗收。

六、討論

該自動報警器因具有檢測范圍寬、探測距離遠、可靠性高、隱蔽性好等優點，所以改裝後，基於紅外探測技術的自動報警器還可用於軍事等方面，如部隊的彈葯庫等，此外，軍用紅外技術的飛速發展和廣泛應用，表明紅外技術的地位己從以往的戰術地位向戰略地位發展，對未來戰爭將有重大的影響。在民用方面，光電防盜報警系統的應用就更廣泛了。美國用於飛機貨艙防火的熱監視系統就是基於這個道理，現在飛機貨艙配置的火災探測系統並不符合目前聯邦航空管理局的要求，其中有一條技術規定，即在火災發生後一分鍾內將其探測出來。聯邦航空管理局關於適航性的新規定要求改進由波音公司和麥克道耐爾道格拉斯公司生產的所有客貨飛機上的火災探測系統。人們研製了一種符合聯邦航空管理局新規定的熱監視/火災探測系統。它基於同菲涅爾掃描光學系統禍合起來的紅外探測技術，並且使用雙重的計其他方面:如銀行、庫房和家庭。隨著住宅智能化系統設計的不斷擴大和深入，安防系統工程的實施越來越普及。住宅用光電防盜報警系統可以利用電話的免提功能或號碼記憶功能，直接報警給監控中心，而監控中心一旦接到報警信號，可查出住戶姓名、地址、單元樓層，很快作出反應。

七、體會

課程設計是實培養學生綜合運用所學知識，發現、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環節，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。回顧起此次課程設計，我感慨頗多。我們在設計過程中，的確出現過一些問題，比如說課題的臨時更改，電阻不合適，電容缺少等，在解決這些問題時往往很費腦筋。這些事情說起來比較容易，但真是到了實驗時就不是那麼簡單了，有時電路焊得很密，想拆下來電阻都很難，更別說是在換上新電阻了。

總之，從選題到定稿，從理論到實踐，在整個過程里，可以說困難比想像的要難得多，但是確實也學到了很多的的東西。通過此次課程設計，我學到了關於感測器和電路設計方面的許多知識，學到了如何查閱科技論文，和很好的利用科技知識。當然，因為合作不夠協調的原因，此次課程設計也留下了很大的遺憾，沒能最終設計一個完整的產品出來，很是可惜。這也為今後的學習和工作得到了教訓和啟示！最後感謝老師的指導和組員的幫助！

八、參考文獻

《感測器應用電路300例》 孫余凱 吳鳴山 項綺明 編著

電子工業出版社

《感測器應用電路集萃》 卿太全 梁 淵 郭明瓊 編著

中國電力出版社

《單片機原理與應用》 楊恢先 黃輝先 等編著

國防科技大學出版社

張華.新型光電防盜報警系統的研製.

萬方資料庫.長春理工大學碩士學位論文.

曾宏博. 一種熱釋電紅外探測器專用控制晶元的設計.