[发明专利]压电换能器信号处理电路

说明书

技术领域

本发明一般涉及压电换能器系统。

背景技术

压电换能器系统有广泛的应用。作为但不限于一个实例，一些安全系统使用无源红外(PIR)运动传感器检测在被监控的空间的移动，无源红外(PIR)运动传感器检测由于物体(例如人)和其背景环境之间的温度差引起的远红外辐射(8-14微米波长)的变化。检测后，运动传感器一般发送读数给主系统，主系统接下来可启动侵入“警报”，改变室内照明，打开门，或者执行一些其它功能。这种传感器的优点是简单和相对便宜。

PIR传感器的检测器可包括测量远红外辐射变化的热电检测器。这种检测器利用“压电效应”工作，其使电荷在存在机械应变时迁移。热电检测器采取电容形式—两个导电板由电介质隔离。电介质可以是压电陶瓷。当远红外辐射使陶瓷中的温度变化(和因此的一些机械应变)时，电荷从一个板向另一个板迁移。如果没有外部电路(或者极高阻抗电路)连接到检测器(“电压输出模式”)，则可被测量的电压表现为“电容”电荷。如果相对低的阻抗的外部电路连接在板之间(“电流输出模式”)，则有电流流动。

电流输出模式的压电检测器设置在跨导放大器电路中，在该电路中，作为使得换能器的板之间的电压大幅变化的替换方式，电荷经高阻抗运算放大器的反馈电阻传导而产生确立电路输出信号的电压。“高”阻抗意味着至少10⁷欧姆的阻抗。

在此可以理解，由于必须测量压电检测器产生的少量电荷，因而迄今为止用于压电检测器的常规的跨导电路需要相对贵的高阻抗运算放大器。因此，需要克服这些上述常规系统中发现的严重问题的系统 和方法。

发明内容

本发明公开了用于可以用红外运动传感器实现的、例如压电远红外辐射检测器的一些版本的压电换能器信号处理电路。说明了跨导和电压输出模式电路。

在一个实施例中，压电检测器包括压电换能器和电连接到所述换能器的跨导电路。所述跨导电路包括场效应晶体管(FET)和连接到所述FET的栅极的跨导电阻。所述电路还包括基于离散时间采样运算放大器的常数乘法电路。

所述跨导电路能定义公共接地和不直接连接到所述公共接地的信号基准电压。反馈电路信号可以来自FET的源极。在一些实现中，FET源极信号可以连接到基于离散时间采样运算放大器的常数乘法电路的输入电压线路，并且更具体地，可以连接到离散时间采样运算放大器电路的模-数转换器的输入电压线路。

在另一方面，压电检测器封装包括外壳及所述外壳中的压电换能器。离散时间采样运算放大器电路可操作地与所述压电换能器接合。在非限制实施方案中，压电换能器可以连接到离散时间采样运算放大器电路的输入线路。

仍然在另一个方面，基于离散时间采样运算放大器(DTSOA)的跨导电路包括基准电压、输入线路、从基准电压连接到输入线路的压电换能器、接收输入线路上的信号并且基于换能器信号产生输出的放大器。还提供了通过其发送所述输出回到输入线路的反馈元件。所述反馈元件例如可以是电阻或者电荷开关电路。

在非限制实现中，所述跨导电路包括比较器，比较起连接到输入线路和发送信号到继而产生数字输出的数字逻辑处理电路。所述输出表示换能器信号。如果愿意，数字逻辑电路可以由微控制器构建。

在另一方面，离散时间采样运算放大器(DTSOA)电路包括输入线路和所述输入线路中的FET或者的基于运算放大器的跨导电路。基于DTSOA的微分器(或者“增量调制器”)电路接收输入线路上的信 号并且产生输出。如果愿意，可以提供反馈元件，所述输出通过所述反馈元件送回到输入线路。

在另一个实施方案中，压电检测器跨导电路包括(-)和(+)保护电压线路(一般的供电线路)、第一输入线路、连接到所述供电线路并且在所述第一输入线路确立第一基准电压的第一保护二极管对、接收所述第一输入线路上的第一基准电压的放大器、从第二基准电压连接到第二输入线路的压电换能器、接收第二输入线路上的信号并且基于所述换能器信号产生输出的放大器、所述输出通过其被送回到第二输入线路的反馈元件、从第二输入线路连接到保护电压线路的第二保护二极管对。第二基准电压可以与第一基准电压相同。分离的缓冲放大器可以插入第一保护二极管对和第一输入线路之间。