Цифровые пироэлектрические детекторы

Компания InfraTec представляет цифровые детекторы для легкой интеграции системы с переменной обработкой сигнала и улучшенной электромагнитной совместимостью (ЭМС). Как и все детекторы InfraTec, он основан на монокристаллическом танталате лития (LiTaO₃) и используется для анализа газов и обнаружения пламени. В отличие от других материалов LiTaO₃ предлагает высокую чувствительность и хорошее соотношение сигнал / шум без дополнительного охлаждения или температурной стабилизации. Для высокоточных измерений, особенно при анализе газов, необходима синхронизация сигналов эмиттера и детектора. Для цифровых пироэлектрических детекторов для этой цели доступен тактовый вход (выход), который используется для указания сигналов системы или точного времени выборки. Это позволяет генерировать сигнал синхронизации с очень точной частотой дискретизации. Еще одна особенность цифрового детектора по сравнению с аналоговым – «Быстрое восстановление после насыщения». Эта функция обнаруживает перегрузку из-за неправильного рабочего состояния, например, из-за экстремальных колебаний температуры или механических воздействий и автоматически сбрасывает аналоговый интерфейс.

Цифровой детектор преобразует аналоговый сигнал, который может быть отфильтрован и усилен в несколько этапов, непосредственно в цифровой сигнал с разрешением 16 бит. Вся обработка сигнала выполняется ASIC (специализированная интегральная схема), в результате чего аналоговый интерфейсный модуль действует как классический трансимпедансный усилитель. Таким образом, пользователи получают цифровой сигнал, который может быть считан через интерфейс I²C и немедленно обработан.

Схема цифрового пироэлектрического детектора

Основные преимущества цифровых пироэлектрических детекторов

Простая интеграция

Интегрированная ASIC, которая уже содержит аналого-цифровой преобразователь, исключает сложные этапы обработки сигнала, и детектор может быть подключен непосредственно к микроконтроллеру без каких-либо настроек. Это обеспечивает быструю и простую системную интеграцию. Пользователю предоставляются цифровые измеренные значения с частотой дискретизации до 1 кГц, которые могут считываться и напрямую обрабатываться без дополнительных аппаратных компонентов через интерфейс I²C.

Улучшенная электромагнитная совместимость

Преобразование всего сигнала детектора пространственно сконцентрировано и экранировано, что приводит к более высокой электромагнитной совместимости. Извещатель более устойчив к электромагнитным помехам, поэтому пользователь может снизить меры к ЭМС.

Обработка переменного сигнала

Наиболее важными характеристиками работы пироэлектрического детектора являются частотно-зависимая чувствительность, плотность шума и обнаружительная способность D*. В зависимости от измерительной системы (измерительной установки) и принципа существуют разные требования к качественной обработке сигналов. Цифровой детектор предлагает полную гибкость в настройке параметров детектора как во время разработки, так и при дальнейшем использовании. Чувствительность цифрового детектора можно гибко регулировать в зависимости от излучаемой мощности, падающей на детектор, чтобы оптимально использовать диапазон входного напряжения аналого-цифрового преобразователя. Резистор обратной связи R_f и емкость обратной связи C_f можно настроить индивидуально для каждого спектрального канала детектора. Это позволяет пользователю оптимально адаптировать характеристики чувствительности и стабильности к требованиям приложения.

Амплитудно-частотная характеристика цифрового пироэлектрического детектора при различных настройках составляющих обратной связи R_f и C_f

Преимущества и недостатки

Аналоговые пироэлектрические детекторы доказали свою эффективность на протяжении десятилетий. Их интеграция в конструкцию устройства может быть гибкой, но требует высокого уровня владения электроникой. Производительность детекторов может быть использована полностью. Принимая во внимание усилия, необходимые для системной интеграции, цифровые пироэлектрические детекторы имеют явные преимущества. Функции, уже интегрированные в детектор, хотя и ограничивают возможности проектирования, значительно сокращают усилия, необходимые для интеграции системы. В следующей таблице представлен краткий обзор преимуществ и недостатков.

Сравнительная таблица: