热电效应实验装置

A. 模拟大气温室效应的实验过程

4．温室效应演示实验

概述：温室效应是近年来频繁出现的一种环境现象，是因为温室气体（例如CO2）有较好的吸热，散

热功能，所以温室气体可对环境温度的变化产生影响，我们可以用实验来说明。 试剂与材料：红外辐

射灯 测温热电偶 温度计 烧杯烧瓶 滴管 黑面圆板 简易启普发生器装置盐酸 大理石

步骤：

实验(一)：取两个250ml的烧杯，底部放置消光黑面圆板，在烧杯上用均匀而适当的强光照明(红外辐

射灯)，用Ni-Cr同轴热电偶置于烧杯中心距底2厘米处测温，并记录。用玻璃片遮盖一个烧杯，用启普

发生器制CO2通入其中，用燃烧的火柴检验是否集满，集满后取出导管和玻璃片，灯光均匀持续照射，

每30秒读两烧杯温度值，并记录，取10组数据(共计5min)。

实验(二)：（如下图准备装置）在两只烧杯里分别充满CO2和空气，塞紧带有温度计和胶头滴管的橡皮

塞。再把两只烧瓶放在红外线下照射，观察温度升高的情况。调节两瓶的温度，均达30℃时，在相同

环境下，观察温度下降的情况。

图1 温室效应实验装置图

结果与讨论：

实验(一):未通CO2时，两烧杯存在0±2℃的温度差异，通入CO2后，装有CO2的烧杯温度高于邻杯，1分

钟左右达最大值10℃左右，而后温度差逐渐缩小。为什么？

实验(二):两瓶在相同光线照射下，装CO2的温度较邻瓶高，最大可达4℃， CO2降温速度较慢。比较两

种方法，为什么实验(一)的温差较大，效果明显?

B. 初中热电偶实验问题

你好，楼主，这道题我看了别人的答案，觉得挺合理的。给你贴一下
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应，即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的。其优点是：
1、测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。
2、测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。
3、构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。
以下是相关的知识

快速测温热电偶用于测量钢水及高温熔融金属的温度，是一次性消耗式热电偶。它的工作原理是根据金属的热电效应，利用热电偶两端所产生的温差电热测量钢水及高熔融金属温度。
快速热电偶主要由测温偶头与大纸管构成。偶头主要有正负偶丝焊接在补偿导线上，补偿导线穿嵌在支架上，支架外套有小纸管，偶丝以石英支撑和保护。最外装有防渣帽，全部零组件集中装入泥头中并以耐火填充剂粘合成一整体，而不可拆卸，故为一次性使用。
一、快速热电偶用途和工作原理
快速测温热电偶用于测量钢水及高温熔融金属的温度，是一次性消耗式热电偶。它的工作原理是根据金属的热电效应，利用热电偶两端所产生的温差电热测量钢水及高熔融金属温度。
二、快速热电偶产品规格型号及性能比较名称
型号 分度号 允差 上限 测量时间 铂铑30-铂铑6 KB-602P B ±5 1750 4～6s 铂铑10-铂 KS-602P S ±5 1650 4～6s 铂铑13-铂 KR-602P R ±5 1650 4～6s 钨铼3-钨铼25 KW-602P W ±7 1800 4～6s
三、快速热电偶结构 一次性消耗式热电偶的结构，
它主要由测温偶头与大纸管构成。偶头主要有正负偶丝焊接在补偿导线上，补偿导线穿嵌在支架上，支架外套有小纸管，偶丝以石英支撑和保护。最外装有防渣帽，全部零组件集中装入泥头中并以耐火填充剂粘合成一整体，而不可拆卸，故为一次性使用。
四、快速热电偶使用方法
1、根据测量的对象和范围，选择适当保护纸管长度及适用的测温枪。
2、把快速热电偶装在测温枪上，并使二次仪表指针（或数显器）回零，这时说明接触良好，可以进行测量。
3、快速热电偶插入钢水深度以300-400mm为宜，测量时不要测到炉壁或渣子上，做到：快、稳、准，当二次仪表得到结果时，应立即提枪，快速热电偶在钢水中浸渍时间不得超过5秒，否则易烧毁测温枪。
4、测温枪从炉内提出后，取下使用过的热电偶，并装上新的，停顿几分钟，准备下次测量。不得连测连拆，否则造成温差波动。
希望对你有帮助。

C. 王海涛的经典论文

太阳能热泵系统的稳定性
王海涛, 王造奇
( 1. 安徽建筑工业学院 环境工程学院, 安徽 合肥 230027; 2. 中国科学技术大学 热科学和能源工程系, 安徽 合肥 230022)
摘 要: 在相同的压缩机频率、冷凝水温和相同的电子膨胀阀开度下, 文章对 PV/ T- SAH P 系统的动态性能
进行了实验和分析, 就不同太阳辐照度和环境温度对 PV/ T- SAH P 系统性能的影响进行了对比, 提出了光伏-
太阳能热泵( PV/ T- SAH P)的系统稳定性原理, 指出 PV/ T- SAH P 系统需要解决的一些问题。
关键词: PV/ T- SAH P 系统; 最小过热度; 稳定性
中图分类号: TK519 文献标识码: A 文章编号: 1003- 5060( 2008) 07- 1008- 04
在太阳能热泵系统中, 蒸发器所吸收的热能大多数来自太阳能, 太阳辐照度随着季节、早晚时差的不同而不同, 而压缩机的容量又是额定的, 因此文献[ 1] 指出, 在其他条件一定的情况下, 集热器的容量和压缩机的容量是否匹配直接影响系统的工作性能[ 1- 6] 。由于系统通常在非设计工况下运行, 按设计工况确定的集热器面积与压缩机的容量往往不匹配, 因此提出了一种新型的光热、光电综合利用的直接膨胀式太阳能热泵系统 , 该系统中光伏组件与热泵装置的蒸发器结合成一体, 同时在系统设计时采用变频压缩机和电子膨胀阀( electronic expansionvalve, 简称 EXV ) , 通过改变压缩机容量来解决非设计工况下的不匹配问题。但是在实验中, 该系统出现不稳定情况, 或者称为振荡, 即系统在一定的工况下压缩机功率、各处制冷剂压力和温度等系统参数均发生周期性振荡。系统振荡对其经济性和安全性都是不利的, 所以保证稳定性是系统配置和控制的必要条件。
1 实验装置及电子膨胀阀
PV/ T-SAHP 太阳能热泵系统如图 1 所示。
实验台如图 2 所示, 主要包括温度测量、压力测
量、功率测量、流量测量、辐照强度测量及风速测
量等几大部分。共有测点 53 个, 除工质流量由商
家自带软件单独测量, 其他测点全部由数据采集
仪实时采集记录。
( 1) 数据采集。数据采集仪 Agilent34970A,
配置 HP 34901A 采集模块 3 个, 共 54 个电压采
集通道, 6 个电流采集通道, 实验过程一般 30 s 采
集数据一次。图 1 PV/ T-SAHP 太阳能热泵系统
( 2) 温度测量。采用 01 2 mm 铜康铜热电
偶; 蒸发器进口、蒸发器出口、冷凝器进口、冷凝器
出口、储水箱、压缩机进口、压缩机出口及百叶箱
等共 20 个; 光伏蒸发器内部各处共计 23 个。
( 3) 压力测量。制冷压力专用传感器( Huba506, Sw eden) , 0~ 30 @ 10
2
kPa, 精度? 11 0%,
响应时间小于 5 ms, 负载频率小于 50 Hz; 数量 4
个; 位于蒸发器进口、蒸发器出口、冷凝器进口及
冷凝器出口, 用于观察压缩机、冷凝器、膨胀阀及
蒸发器进出口的压力变化。
( 4) 日照辐射仪。TBQ-2( 锦州, 阳光) 型日
照辐射仪 1 台; 安装位置与光伏蒸发器平行, 该表
为热电效应原理, 感应元件采用绕线电镀式多接
点热电堆。
( 5) 功率传感器。WBP112S91 和 WBI022S
( 四川维博) , 数量 2 个; 分别测试压缩机输入功率
( 交流) 和 PV 模块输出光伏电流( 直流) 。
系统采用浙江三花 DFP( L) 11 6-12 型电子膨
胀阀, 四相步进电机驱动, 开阀脉冲 32 ? 20, 全程
脉冲 500, 使用介质 R22, 阀的开度由研制的控制
器控制。
2 实验结果及分析
21 1 实验条件
2006 年 10 月 14 日、2006 年 11 月 6 日和
2006 年 12 月 2 日, 在合肥地区( 北纬 31b53. , 东
经 117b15. ) 进行了 PV/ T-SAHP 系统在相同的
电子膨胀阀开度( 开度脉冲 400) 、相同的冷凝水
温( 30 e ) 下的性能测试。
测试期间的瞬时气象参数和冷凝水温如图
3、图 4 和图 5 所示。试验过程中, 阀1、阀2、阀5、
阀 6 关闭, 阀 3、阀 4、阀 7、阀 8 开启, 工质流动方
向如图2 所示。压缩机定频( 50 Hz) 运行, 由公共
电网供电。PV 电流输出, 经逆变器逆变后, 由外
界负载消耗。测试期间, 水箱储水 80 kg, 水冷板
式换热器水侧流速 01 217 kg/ s。
2. 2 测试结果及分析
21 21 1 测试结果说明
由于秋天上午易出现多云天气, 为了更好地
观察和对比, 在 3 d 的上午先把水加热到 30 e ,
然后保持冷凝水温不变, 从 11: 21 分开始正式记
录数据。
从图 3 和图 4 可以看出, 3 d 午后的太阳辐照
度变化明显, 易于比较。
从图 6 可以看出系统压缩机功率的变化。
2006 年 10月 14 日测试期间平均环境温度较高
( 271 56 e ) , 当冷凝水温不变时压缩机运行稳定。
11 月 6 日测试期间平均环境温度( 201 71 e ) 比
第 7 期 王海涛, 等: 太阳能热泵系统的稳定性 100910 月 14 日的平均环境温度降低了 61 85 e , 太阳
辐照度和 10 月 14 日相比变化不大, 但压缩机的
功率在测试期间出现了振荡现象。
12 月 2 日平均环境温度( 81 85 e ) 较前 2 次
更低, 而此时压缩机的功率振荡更加剧烈。
如图 7 所示, 说明了系统在不同的太阳辐照
度和环境温度时系统光电效率 Gel 的变化。光电
效率随着环境温度的降低而升高, 环境温度较低
时( 2006 年 12 月 2 日, 测试期间平均环境温度
71 4 e ) , 最高光电效率达到 131 4% 。
与普通光伏模块( 12%) 相比, 光电转换效率
明显提高, 波动很小。
这主要得益于工质蒸发对光伏模块的冷却作
用, 使得 PV/ T-SAHP 系统的光伏电池在高辐照
条件下也能维持在较低的工作温度, 从而保证较
高的光电转换效率。图中 OPS 为蒸发器的工作
过热度。
图 7 测试期间光电效率变化
21 2. 2 测试结果分析
当蒸发器的几何尺寸和热工参数确定后, 在
运行中存在一条最小稳定信号线( M inimum Stable Signal 线, 简称 M SS 线)
[ 8] 。M SS 线以左, 蒸
发器属于不稳定区; M SS 线以右为稳定工作区;
在 MSS 线上则是临界值。图 8 表示了蒸发器
MSS 线与不同静态过热度时的膨胀阀特性线, 当
蒸发器负荷为 Q 时, 制冷系统工作于 A 点时处于
临界稳定状态, 理论上讲为最佳稳定工作点。如
果调小膨胀阀静态过热度, 使工作点处在不稳定
区中, 系统将产生振荡。
图 8 膨胀阀与蒸发器的匹配关系
由 MSS 线理论很容易解释上述现象, 当环境
温度很高时( 2006 年 10 月 14 日) , 集热/ 蒸发器
出口制冷剂过热度很大, 此时系统工作在 MSS 线
的右侧, 处于稳定工作区。当环境温度很低时
( 2006年 12 月 2 日) , 集热/ 蒸发器出口制冷剂过
热度很小, 此时系统工作在 MSS 线的左侧, 处于
不稳定工作区, 压缩机出现剧烈振荡。
PV/ T-SAHP 系统产生振荡, 对系统运行经
济性与安全性均很不利, 由于对系统的稳定性缺
少理论与定量研究, 为确保运行稳定性, 往往片面
地增加蒸发器的运行过热度, 这就降低了蒸发器
的利用率, 因为过热区制冷剂的放热系数还不到
两相区最大放热系数的 1/ 5
[ 8]
。适当减小蒸发器
的运行过热度, 可获得一定的节能效益, 但又不能
1010 合肥工业大学学报( 自然科学版) 第 31 卷盲目地减少过热度, 追求运行经济性而导致系统
产生振荡。只有对蒸发器和膨胀阀本身的动态特
性做出定量分析, 并找出系统的临界稳定区( MSS
线) 与条件, 找出影响系统稳定性的各种因素, 给
出其定量关系, 才能在保证系统稳定性前提下, 最
大限度地利用蒸发器的有效传热面积, 获得最高
的经济性。3 本系统需要解决的问题
PV/ T-SAHP 系统中配置变频压缩机和电子
膨胀阀的关键问题, 是以保证系统稳定性和变容
量范围内系统最佳运行工况为目标, 确定合理的
控制方案和控制算法。在该系统的研究开发过程
中, 还有许多理论问题和实际应用问题要解决。
31 1 系统静态和动态特性
深入了解控制对象的特性是寻求合理的控制
方案和控制算法的基础。对系统中各部件的静态
和动态特性进行理论分析和试验研究, 用理论建
模的方法, 得出各部件的静态模型和动态模型。
然后根据各部件参数之间关系, 建立系统静
态和动态模型。根据模拟计算和试验研究的结
果, 分析系统静态和动态特性。
31 2 系统稳定性原则
由于该系统有变频压缩机和电子膨胀阀 2 个
流量调节装置, 所以同样存在系统稳定性问题。
在以上系统静态和动态研究的基础上, 分析
满足系统稳定性条件下的电子膨胀阀特性要求,
得出系统稳定性区域。
31 3 控制方案和控制算法
为减少电子膨胀阀流量调节对过热度的响应
滞后, 电子膨胀阀对蒸发器出口端制冷剂过热度
的检测可通过热敏电阻或压力信号。用 2 只热敏
电阻检测时, 一个测量蒸发温度, 另一个测量蒸发
器出口温度; 采用压力信号对蒸发器出口端压力
进行测量, 并经物性程序将其转化为蒸发温度。
由于蒸发器内压力的变化比温度的变化迅速, 因
此控制器能及时地反应过热度的变化。
电子膨胀阀流量调节对过热度的响应滞后问
题, 也可以采用前馈加反馈的复合调节方法解决。
如将压缩机转速作为前馈信号, 根据转速变化调
节电子膨胀阀供液量, 再结合反馈进行复合调节。
由于系统的非线性特性, 采用模糊算法有一
定优势。也可考虑 PID 控制算法和模糊控制算
法结合使用, 发挥各自算法的优点, 达到较好的控
制效果。
4 结 论
( 1) 变频压缩机和电子膨胀阀组成的 PV/ TSA HP 系统存在系统振荡问题。
( 2) 变频压缩机和电子膨胀阀组成的 PV/ TSA HP 系统是一种最有发展前途的系统配置, 代
表太阳能热泵系统的发展方向。
需要对系统静态和动态特性进行深入了解,
确定合理的控制方案和控制算法, 以保证系统稳
定性和变容量范围内系统最佳运行。
[ 参 考 文 献]
[ 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
pum p[ J] . Solar Energy, 1987, 39: 421- 428.
[ 2] It o S, M iura N, Wan g K. Performance of a heat pump using dir ect expansion s ol ar collect ors [ J] . Solar Energy,
1999, 65( 3) : 189- 196.
[3] It o S , M iura N, T ak ano Y. Studies of h eat pu mps using direct expan sion t ype solar collect ors[ J] . J ou rnal of Solar Ener gy Engin eering, 2005, 127: 60- 64
[ 4] Chatu rvedi S K, Chen D T , Kheireddin e A. T hermal perf orman ce of a variab le capacity direct ex pan sion s ol ar-assist ed heat pu mp [ J] . Energy Conversion and Manag ement,
1998, 39( 3) : 189- 196.
[ 5] H aw lader M N A, Chou S K, Ullah M Z. T he perf ormance
of a solar assist ed heat pum p w at er h eating syst em[ J] . Applied T hermal E ngineering, 2000, 21( 10) : 1049- 1065
[6] H uang B J, Chyng J P. Performance charact eristic of int egral t ype sola-r assist ed h eat pump [ J] . Solar Energy, 2001,
71: 403- 414
[ 7] H ulle Z R. T he MSS line: a new ap proach t o hu nting pr oblem[ J] . ASH RAE Journ al, 1972, 10: 43- 46.
[ 8] Chen W, C hen Zhijiu, Zh u Ruiqi, et al. Experiment al investigation of a m inimum stabl e superheat control s yst em of an
evaporat or[ J] . Int ernational Jou rnal of Refrigeration, 2002,
25: 1137- 1142。

D. 简述热电偶测温原理

热电偶工作原理：两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成内回路，当两个接合点容的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。

杭州美控自动化技术有限公司MIK-WZPK热电偶采用的进口芯体，采用不锈钢外壳，从而达到稳定性好，精度高，抗震性能强等特点。目前市场上热电阻主要是Pt100，热电偶主要是K型、T型、S型、R型、B型、N型、E型、J型等8种常规型号，具体现场需要热电阻还是热电偶，主要根据现场测温精度与测温范围确定。

E. 求一个传感器设计报告，比如简易电阻，电容和电感测试仪此类的

传感器课程设计报告论文杂集 2009-03-15 12:42:55 阅读2482 评论24 字号：大中小 订阅

一、综述

随着时代的不断进步，人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面，不得不时刻留意那些不速之客。现在现在很多小区都安装了智能报警系统，因而大大提高了小区的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。由于红外线是不见光很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。

1、基于红外技术报警器的种类

目前国内使用的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、主动式红外发射／接收以及微波等技术为基础。与被动式红外入侵报警器比较，主动式具有灵敏度高，探测距离远，对气候与气象变化有良好的适应能力等优点，比较适合室外或某些特殊警戒使用。但其不足之处是视场角小，警戒区狭窄，安装比较复杂，价格稍贵。主动式红外入侵报警器也由探测器和监控器两部分组成。将一台红外发射机和接收机组合在一起就可以构成一种简单的非可见光束入侵物探测器或报警系统DJ。上述的主动和被动入侵报警器是利用一种传感或探测方式，即单探测技术进行报警的。虽然其结构简单，价格低廉，但由于易受各种因素的影响，如环境温度、震动、光强变化、电磁干扰、小动物活动等的影响，在某些情况下的误报，漏报率会相当高，所以只有采用多种探测技术，才能较好的解决误报率高这一难题。多技术复合入侵报警器是将两种或两种以上的探测技术结合在一起，以“相与”的关系来触发报警装置，即只有当两种或两种以上探测器

同时或相继在短暂时间内都探测到入侵日标时，才发出报警信号。在双探测技术的报警器中，以热释电红外一微波双探测技术组合的误报率最低。

而这里所设计的被动式红外报警器则采用了美国的传感元件——热释电红外传感器。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比，具有如下特点：

●不需要用红外线或电磁波等发射源。

●灵敏度高、控制范围大。

●隐蔽性好，可流动安装。

2、热释电红外传感器简介

热释电红外线传感器是20世纪80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如用于电源开关控制、防盗防火报警、自动监测等。热释电红外传感器不仅适用于防盗报警场所，亦适于对人体伤害极为严重的高压电及×射线、 射线自动报警等。

热释电红外线传感器主要部分是由一种高热电系数的材料制成尺寸为2×lmm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。探测元件的作用是探测、接收红外辐射并将其转换成微弱的电压信号。为了提高探测器的灵敏度及探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜或衍射光学型聚焦镜等。菲涅尔透镜是用透明塑料制成的一种具有特殊光学系数的透镜。用它和放大电路相配合，可将信号放大70dB以上，可以测出10～20m内人的活动。同时利用透镜的特殊原理，在探测器的前方产生一个交替变化的"盲区"和"高灵敏区"。 当有人从透镜前走过时，人体发生的红外线就不断地在"盲区"和"高灵敏区"内切换，这样就使接收到的信号以忽强忽弱的脉冲形式输入,增强了能量幅度，从而提高了探测灵敏度。人体辐射的红外线中心波长为9～10μm，而探测元件的波长灵敏度在0.2～20μm范围内，可在传感器顶端开一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片只能通过波长范围为7～10μm的光，这样便可以制成专门探测人体辐射的红外线传感器 。

3、热释电红外传感器的原理

释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其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，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰，该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触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。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式，该电阻阻抗高达104MΩ，故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式，即源极跟随器，来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。

二、设计内容

设计课题：基于热释电红外传感器的自动报警器

目前，红外技术作为一种新的技术，它已越来越得到社会各界的重视和广泛应用，已经成为先进科学技术的重要组成部分，它在各领域都得到广泛应用。由于它不是可见光，因此用来制作防盗报警系统，具有良好的隐蔽性，白天和夜里都能用，而且抗干扰能力强，这种报警装置可广泛用于博物馆、单位要害部门和家庭的防护。本课题的目的是通过对现有的光电防盗报警装置优缺点的研究，进行改进和优化，研制出一种新型的光电防盗报警系统，比传统的光电防盗报警系统的误报率低，抗干扰能力强

在综合各类传感器的优劣特点和查阅一些相关的国内外文献后，确定了基于热释电红外传感器的防盗自动报警系统的可行性，设计了由热释电和光敏传感器构成的新的自动报警电路，适用于家庭、仓库、商场的夜晚自动值守防盗保护。

热释电红外传感器感应到入侵者的红外热辐射(人体体温)，将其转换成超低频信号，经电路放大，输出。同时由于微波探测器接收到的回波信号的频率(或相位)发生变化，经过电路处理后转变为电信号，输出。两组信号同时到达与「〕，经判断，再将报警信号通过天线发射出，可以用接收电路或收音机接收报警信号。最后本文对热释电红外探测器件性能、微波多普勒探测系统性能进行了检测，分析了微波多普勒探测系统干扰的来源及进入机器的途径，并对其脉冲干扰、电源干扰等提出了抑制办法。

三、本课程设计要达到的技术指标

红外传感头为双敏感元传感器P228，其芯片材料为担酸铿，上有双探测元，具有响应度高(6500V/W)> 噪声低，抗电磁干扰性能好，窗口谱响应(包括探测元和滤光片)为7-15μΜ。热释电红外探测器对入侵者辐射出的红外能量和移动速度两个参数都能探测到，它对横向切割(垂直方向)探测区方向的人体运动最敏感。因此安装热释电红外探测器时，应尽量使入侵者的活动有利于横向穿越其视场，以提高其探测灵敏度。微波多普勒探测器，则对轴向移动(或径向移动)的活动体最为敏感最大，因此，在一个有限的空间两者的探测灵敏度需兼顾。探测最灵敏。安装热释电红外探测器和微波探测器时，具体布置和安装时，应使探测器正前方的轴向方向与来犯者最有可能会穿越的主要方向约成45°角为宜，便使热释电红外和微波两种探测器皆处于较灵敏的状态。

电路主要由热释电红外传感器探测电路、光控电路、报警驱动电路等组成。在温度为-20— +60度之间，电压为3—15V时，热释电能有效探测进入探测区域的红外发射体。

四、实验原理

1、热释电效应

热释电红外探测器最重要的部件是热释电红外传感器。这种传感器的原理基

于热释电效应。某些强介电物质的表面接收了红外线的辐射能量，其表面产生温

度变化，随着温度的上升或下降，在这些物质表面就会产生电荷的变化，这种现

象称为热释电效应，是热电效应的一种。这种现象在钦酸钡之类的强介电质材料

上表现得特别显著。若在钦酸钡一类的晶体的上下表面镀膜形成电极，在上表面

加以黑色膜，若有红外线间歇地照射，其表面温度上升乙T，其晶体内部的原子

排列将产生变化，引起自发极化电荷dP，设该元件的电容量为C，则该元件的电压为乙只℃。需要指出的是，热释电效应产生的表面电荷不是永存的，只要它出现，很快便被空气中的各离子所结合。因此，用热释电效应制成的红外线传感器往往需要在元件的前面加机械式的周期遮光装置，以使此表面电荷周期出现才能实现测量;或者只有当测移动物体时才可不用周期遮光装置。因此红外线探测器在探测静止物体(包括人体)时需要加周期遮光装置;只有检测运动的人体时才无周期遮光装置。

2、实验原理图

该自动防盗报警系统包括热释电红外探测电路、光控电路、报警驱动电路和发射、接收电路。自动报警器在白天处于封锁状态；夜晚自动进入工作状态，只要有人进入热释电红外传感器探测的区域，扬声器就发出报警声。

其组成功能框图如下图所示。

报警

驱动

电路

光控

电路

热释电红外探测器探测电路

报警

电路

该自动报警电路主要由热释电红外传感器探测电路、光控电路（RG、RP2、R4）、报警驱动电路（四声语音集成块IC2等）等组成。白天，受光控传感器RG的控制，VT1处于导通状态，封锁了声控电路；夜晚自动进入工作状态。调节RP1可改变报警声时间的长短。拆除RG及VT1、VT2，并在IC1的④脚与地间加接一只47μF的电容进行开机复位，则自动报警系统就会进入全天候监控状态。

五、实验过程

1、选题

实验小组最初的设计目的是想运用所学的传感器知识制作一个了“温度报警器”，但是该电路比较简单，根据老师的指导，我们准备进行改进和扩展，定为“数字温度报警器”，就是对报警的温度给予定性的表述。然而，在实验的过程中发现缺少较多元器件。最后，我们查阅资料，依然选择了报警器，只是这个课题是基于热释电红外传感器的自动报警器。

2、设计电路

在复习了该类传感器的工作原理、工作特性等基础知识后，我们又查阅了传感器应用电路制作知识以及相关的硕士学位论文，初步确定了实验的电路构成，并经过分析最终设计出了“热释电红外传感器自动报警器”电路。

3、实验器材和实验元器件的准备

设计好电路后最重要的一项工作就是要确定各个元器件的型号和规格。经过分析和计算，我们选定热释电红外传感器的红外传感头为双敏感元传感器P228，芯片为IC：NE5585，扬声器为四声片IC：9561；此外，在实验室准备了其他的实验器材和元器件。

4、在面板上搭接电路

在面板上搭接电路时应注意，搭接人员应先分析熟悉电路，如果不熟悉的人进行搭接会走很多弯路。我们搭接时基本上是先把电路分为四个版块红外探测部分、光控电路部分、驱动电路部分和报警电路部分，按照这四个部分的顺序依次搭接。搭接好后再换一个同学进行检测，主要是先检查电路搭接是否准确无误，然后就是用万用表检测各个原件是否导通完好。经过这么几个步骤，实验电路就基本上在面板上搭好了。

5、仿真调试

前面几个步骤都顺利完成后，我们就进行仿真调试。然而，此时才发现调试结果却并没有达到预期效果，报警器只是轻微鸣了一下。经过分析发现电路和元器件并没有问题，而是在面板上的元器件因为振动等原因接触不好，特别是部分电阻，有时压根就没有连接上。于是，我们采取把面板撑起，让元器件引脚悬空的措施，经过调试达到了预期效果。

6、焊接电路板

焊接电路板看似简单，实际操作起来才发现很困难。刚开始焊接时一点都不熟悉，手也发抖，导致各个引脚的焊锡过大，经常使部分电阻短路，更困难的是造成虚焊，因为很难检查。经过焊接、检查、焊接、再检测，终于把电路板焊接好，再进行试验，能完成任务，达到目的。

7、整理实验器材

实验结束，收拾整理实验的器材，归还器材管理人员。

8、验收

最后，将做成的产品交给老师检查、验收。

六、讨论

该自动报警器因具有检测范围宽、探测距离远、可靠性高、隐蔽性好等优点，所以改装后，基于红外探测技术的自动报警器还可用于军事等方面，如部队的弹药库等，此外，军用红外技术的飞速发展和广泛应用，表明红外技术的地位己从以往的战术地位向战略地位发展，对未来战争将有重大的影响。在民用方面，光电防盗报警系统的应用就更广泛了。美国用于飞机货舱防火的热监视系统就是基于这个道理，现在飞机货舱配置的火灾探测系统并不符合目前联邦航空管理局的要求，其中有一条技术规定，即在火灾发生后一分钟内将其探测出来。联邦航空管理局关于适航性的新规定要求改进由波音公司和麦克道耐尔道格拉斯公司生产的所有客货飞机上的火灾探测系统。人们研制了一种符合联邦航空管理局新规定的热监视/火灾探测系统。它基于同菲涅尔扫描光学系统祸合起来的红外探测技术，并且使用双重的计其他方面:如银行、库房和家庭。随着住宅智能化系统设计的不断扩大和深入，安防系统工程的实施越来越普及。住宅用光电防盗报警系统可以利用电话的免提功能或号码记忆功能，直接报警给监控中心，而监控中心一旦接到报警信号，可查出住户姓名、地址、单元楼层，很快作出反应。

七、体会

课程设计是实培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。回顾起此次课程设计，我感慨颇多。我们在设计过程中，的确出现过一些问题，比如说课题的临时更改，电阻不合适，电容缺少等，在解决这些问题时往往很费脑筋。这些事情说起来比较容易，但真是到了实验时就不是那么简单了，有时电路焊得很密，想拆下来电阻都很难，更别说是在换上新电阻了。

总之，从选题到定稿，从理论到实践，在整个过程里，可以说困难比想象的要难得多，但是确实也学到了很多的的东西。通过此次课程设计，我学到了关于传感器和电路设计方面的许多知识，学到了如何查阅科技论文，和很好的利用科技知识。当然，因为合作不够协调的原因，此次课程设计也留下了很大的遗憾，没能最终设计一个完整的产品出来，很是可惜。这也为今后的学习和工作得到了教训和启示！最后感谢老师的指导和组员的帮助！

八、参考文献

《传感器应用电路300例》 孙余凯 吴鸣山 项绮明 编著

电子工业出版社

《传感器应用电路集萃》 卿太全 梁 渊 郭明琼 编著

中国电力出版社

《单片机原理与应用》 杨恢先 黄辉先 等编著

国防科技大学出版社

张华.新型光电防盗报警系统的研制.

万方数据库.长春理工大学硕士学位论文.

曾宏博. 一种热释电红外探测器专用控制芯片的设计.