柔性熱釋電紅外探測器具有非制冷、探測波長范圍廣、制作成本低和柔性可穿戴等特點(diǎn),成為紅外探測領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。柔性紅外探測器讀出電路作為探測器的重要組成部分,對熱釋電信號的提取與轉(zhuǎn)換起決定作用。因此設(shè)計(jì)高信噪比、高電壓響應(yīng)率的熱釋電探測器讀出電路是一件有意義的工作。本論文基于實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的PVDF柔性敏感元,設(shè)計(jì)了基于電壓型和電流型復(fù)合讀出電路。為了篩選出實(shí)驗(yàn)制備過程中高熱釋電系數(shù)的PVDF薄膜和量化讀出電路的探測能量指標(biāo),設(shè)計(jì)了基于三角波與正弦波調(diào)制溫度的熱釋電系數(shù)測試系統(tǒng),本論文具體研究內(nèi)容為:一、分析了基于PVDF柔性敏感元的熱釋電紅外探測器的探測原理。結(jié)合PVDF等效電路模型,分析比較電壓型、電流型與電荷型三種讀出電路的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)。探索了柔性紅外探測器讀出電路的噪聲來源。二、設(shè)計(jì)了基于電壓型與電流型的讀出電路。電壓型讀出電路為JFET差分放大結(jié)構(gòu),差分放大的電壓增益為60dB。電流型讀出電路采用跨阻式結(jié)構(gòu),其反饋大電阻是基于T型電阻網(wǎng)絡(luò),阻值動(dòng)態(tài)可調(diào)范圍為500MΩ到100GΩ。電流型前置運(yùn)放的偏置電壓依據(jù)讀出信號的大小來自動(dòng)反饋調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)范圍為0~0.67V_(cc)。最終系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了讀出電路的能量測量范圍為0.1μJ~1mJ,電壓響應(yīng)率≥700V/W。三、基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID算法實(shí)現(xiàn)了頻率10mHz~1Hz,幅度值0.5~2℃的三角波或正弦波溫度控制技術(shù)。系統(tǒng)溫度控制誤小于在0.15℃�；诘谌略O(shè)計(jì)的高信噪比、高電壓響應(yīng)率的讀出電路,STM32F407為核心的數(shù)據(jù)采集模塊,TEC功率驅(qū)動(dòng)模塊,PT100溫度采集模塊,Matlab與STM32F407串口通信模塊,實(shí)現(xiàn)了PVDF薄膜樣品的熱釋電系數(shù)測試。最終實(shí)現(xiàn)三角波調(diào)制控溫下PVDF樣品所測的熱釋電系數(shù)為10.7μC/K·m~2,正弦波調(diào)制控溫下所測的熱釋電系數(shù)為23.89μC/K·m~2。通過分析比較,本系統(tǒng)正弦波調(diào)制控溫下所測的熱釋電系數(shù)測試誤差在10%內(nèi)。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN215
【部分圖文】：

感器在可穿戴市場的優(yōu)勢。因而它的應(yīng)用前景更為廣闊。釋電紅外探測器讀出電路的發(fā)展現(xiàn)狀釋電紅外探測器讀出電路是柔性熱釋電紅外探測器不可分噪比，高電壓響應(yīng)率和寬帶寬的讀出電路是提高探測器探。讀出電路是將柔性紅外探測器的微弱電信號進(jìn)行放大，效信息的電壓信號，并且這種電壓信號的幅度值能被示波直觀測量。路的研究發(fā)展與紅外敏感元材料是分不開的。讀出電路是計(jì)。性能優(yōu)異的敏感元的讀出電路設(shè)計(jì)往往相對容易，探?jīng)]那么高，而一些有缺陷敏感元往往需要采用高性能的讀能。國內(nèi)外對柔性熱釋電讀出電路的研究都是基于其特定ller等人于1999年基于PVDF薄膜材料設(shè)計(jì)了低噪聲的電如下 1-1 所示[9]。

圖 1-2 亞力山大大學(xué)紅外探測器讀出電路原理圖與實(shí)物圖. Ebrahima 等人設(shè)計(jì)的紅外探測器讀出電路包含三級結(jié)構(gòu)：第一級為 L噪聲的前置轉(zhuǎn)換級，其作用為將熱釋電電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號； LM324 組成的二級放大，將前置運(yùn)放 LM351 輸出的 1mV 左右的電 2500 倍，輸出 2.5V 左右的電壓信號；第三級為濾波輸出級�；诘奶綔y器電壓響應(yīng)率 Rv為 157 V/W，最小可探測比 D*為 1.82×1，而 NEP 的最小值約為 2.67×10-7W/Hz1/2。該電路的增益有限，采用易帶來級間耦合噪聲，而且直插式分立元器件會(huì)增大系統(tǒng)的噪聲，信噪比。驗(yàn)室的師兄在畢業(yè)論文中提出一種高動(dòng)態(tài)范圍的讀出電路[11]，實(shí)現(xiàn)1μJ 到 1mJ 能量的探測，電壓響應(yīng)率大于 1000V/W，其電路實(shí)物圖如

1-2 亞力山大大學(xué)紅外探測器讀出電路原理圖與實(shí)物人設(shè)計(jì)的紅外探測器讀出電路包含三級結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)換級，其作用為將熱釋電電流信號轉(zhuǎn)換為成的二級放大，將前置運(yùn)放 LM351 輸出的 1m輸出 2.5V 左右的電壓信號；第三級為濾波輸響應(yīng)率 Rv為 157 V/W，最小可探測比 D最小值約為 2.67×10-7W/Hz1/2。該電路的增益耦合噪聲，而且直插式分立元器件會(huì)增大系在畢業(yè)論文中提出一種高動(dòng)態(tài)范圍的讀出電量的探測，電壓響應(yīng)率大于 1000V/W，其電

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2808170