[实用新型]高性能的红外热电堆传感器的读出电路

说明书

本实用新型涉及一种高性能的红外热电堆传感器的读出电路，所述读出电路包括仪表放大器CSIA、增益可调电路VGM、缓冲器Buffer和Sigma‑Delta模数转换器IADC；所述仪表放大器CSIA的输入端连接红外热电堆传感器的输出端；所述仪表放大器CSIA的输出端与缓冲器Buffer的输入端相连；所述增益可调电路VGM的一端与仪表放大器CSIA的输入端相连，另一端与仪表放大器CSIA的输出端相连；所述缓冲器Buffer的输出端与Sigma‑Delta模数转换器IADC的输入端相连。本实用新型能够有效抑制共模信号的干扰，提高共模抑制比，并采用自归零技术以消除电路的误差，从而使得读出电路的输出具有更高的信噪比和有效位数。

技术领域

本实用新型涉及红外热电堆传感器以及低频信号测量传感器领域，具体涉及一种高性能的红外热电堆传感器的读出电路。

背景技术

近年来，互联网+、大数据和人工智能(AI)爆发式的研究热潮对物联网领域产生了巨大的影响，得对各类传感器的需求也越来越大。其中，红外热电堆传感器由于拥有较高的测温精度且不受中间媒介的影响被广泛应用于非接触式温度测量的解决方案中，如医疗器械，工业热预警系统等领域。

研究表明，任何温度高于绝对零度的物体都会时刻产生红外辐射，并且温度越高，产生的红外能越多。根据塞贝克效应理论，红外热电堆传感器被应用于测量物体的红外辐射，其内部集成的热电偶单元能将所吸收的红外能转换为电压信号输出。另外，由于热电堆传感器在吸收被测物体热辐射的同时也会对环境温度变化做出响应，导致杂散和干扰信号增加。因此，传感器内部一般集成了热敏电阻用于补偿环境温度对被测物体温度的干扰。红外热电堆传感器直接感应热辐射，为非接触温度测量提供完美的解决方案并且在整个温度测量范围内能达到±1℃的精度，对于比较窄的温度测量范围，其精度甚至可以达到±0.1℃。

一般来说，红外热电堆传感器输出的电压信号V_in较为微弱，只有毫伏量级，当被测物体的温度变化1℃时，红外热电堆输出的电压信号在微伏级别。针对如此微弱的电压信号，传感器读出电路1/f噪声和失调电压为电路主要误差来源，这些误差若没有进行一定的处理或消除，将会跟随传感器输出的电压信号被放大，从而掩盖了有用的电压信号，进而降低读出电路的精度和稳定性。因此，需要高精度的读出电路来线性放大红外热电堆传感器输出的微弱电压信号同时消除误差。传统的红外热电堆传感器的读出电路由三运放构成的仪表放大器(IA)和模数转换器(ADC)构成，但是该结构虽然具有较好的线性度和较高的输入阻抗，但需要用到三个运算放大器，消耗较大的功耗并且其共模抑制比(CMRR)较低。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种高性能的红外热电堆传感器的读出电路，能够有效消除误差的影响，从而实现高精度。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种高性能的红外热电堆传感器的读出电路，所述读出电路包括仪表放大器CSIA、增益可调电路VGM、缓冲器Buffer和Sigma-Delta模数转换器IADC；所述仪表放大器CSIA的输入端连接红外热电堆传感器的输出端；所述仪表放大器CSIA的输出端与缓冲器Buffer的输入端相连；所述增益可调电路VGM的一端与仪表放大器CSIA的输入端相连，另一端与仪表放大器CSIA的输出端相连；所述缓冲器Buffer的输出端与模数转换器IADC的输入端相连。

进一步的，所述仪表放大器CSIA为斩波-稳定结构的仪表放大器CSIA，采用双通路结构，包括低增益高频通路HPF和高增益低频通路LPF。

进一步的，所述低增益高频通路HPF中斩波-稳定结构的仪表放大器CSIA的输入端V_{I_N}和V_{I_P}与跨导运算放大器OTA1的输入端相连，跨导运算放大器OTA1的输出端与斩波-稳定结构的仪表放大器CSIA的输出端V_{O_IAN}和V_{O_IAP}相连。