热释电红外传感器及其应用发展

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1、维普资讯http://www.cqvip.com维普资讯http://www.cqvip.com红外窗口使用。锗具有较低的电阻率作为一种抑制外部噪声．但昂贵的价格影响其作为廉价的热释电探测器的红外窗口材料。相比较而言，硅材料虽然电阻率略高．噪声屏蔽能力稍差，但采用覆膜的办法制作成截止型滤光片，可以在不影响器件性能的条件下大大提高其对外界噪声的屏蔽能力．甚至可以做到室外全天候使用，因而硅材科已经成为热释电探测器窗口材料的首选其它的一些聚合物材料由于适台高可靠眭传感器的要求，只被用于一些要求较低的有限场合。窗口材料的选择取决于传感器的用图2热释电传感器的基本结构途和使

2、用环境。个适当的光学系统，其对人体的探测距离可达100m。相红外敏感元的形状和安装形式多种多洋，综观热释对于功耗大、视场狭窄、发射接受装复杂的主动型探电传感器的发展史，可以发现其开发目标已经从早期的测器，热释电探测器是一种功耗，』、、结柑简单、使用方提高探测效率转移到提高可靠性上来，图3所示为热释便的被动型探测器，如再附加一套光学折射、反射系统，电敏感元的发展史。最早的热释电传感器内部只有一个甚至可以实现对目标区域的三维探测。近年来，表面贴敏感元(图3a)，这器装型热释电探删器的出现，大大提高了红外濂测系统生件性能会发生漂游，因而发生信号误报的可官旨陆很大。产的自

3、动化程度．降低了产品成本，安装使用更加方便，对热释电红外探测器的推广起到了极大的推动作H{．用热释电材料制作的非制冷红外焦平面阵列(UncooledFocalPlaneArray,UFPA)已经在9O年代初问世．这种价格低廉的红外成像器伴肾为热释电传感器在军民用领0域的应用开拓更为广泛的市场盘n一，热释电传感器的结构典型的热释电传感器如图2所示，热释电陶瓷敏感元件、场效应管和偏高阻被密封于管壳之中。器件的性能不仅与敏感元本身的特性有关．与敏感元的物理尺十、固定方式、以及偏电阻的太小和场效应管的类型也有关，此外红外窗口的性能、器件密封方式以及外围电路的特性都会影响器

4、件的探测效率。人体辐射的红外线波长约为9．361tin．普通的可见光窗口材料如玻璃、塑料等都无法作图3热释电传感器敏感元件发展史世写——维普资讯http://www.cqvip.com为抵消这种性能变化，一个补偿元件被引入，入射光在通过双晶片压电振于驱动开缝板来实现斩光目的的，压其中一个元件上产生信号输出，而补偿元件只探测环境电振子在低电压驱动下产生的位移推动开缝板．用两块温度的变化，其接法与探测元件极性相反，使它们输出开缝板的位移对红外线进行周期性遮断。这种斩波器体互成反向。由于环境变化对两个元件的影响是一样的，积小、功耗低、结构简单、町靠性高，可以与热释电元因

5、而由外部噪声产生的信号彼此抵消，减少或消除了噪件组装在起，密封于管壳中，极大地方便了用户的使声的影响，这种双元结构(图3b)已经成为工业标准，目前是市场占有率最高的热释电探测器第三代热释电传感器则附加了一个加热器件，用进行传感器的自诊断(图3c)。将两对标准双元传感器密封于一只管壳内，就构成了最新的第四代热释电传感器(图3．d)，这种传感器极大地降低了误报信号的可能性，主要用于对可靠性要求特别高的环境多元阵列式排列的红外传感器不仅可以探测红外辐射，而且可进行红外成像(图3e)目前，以铁电薄膜材料制作的热释电器件正在逐步成为热释电探测器的主流产品。这种器件探测效率高

6、，响应速度快，生产工艺的自动化程度也较热释电陶瓷探测器要高，而且可以与硅工艺进行结合，生产出用于红外成像的焦平面阵列。普通的热释电传感器为了减小敏感芯片的热窖，降低与基底材料间的热导，一般都将陶瓷块材采用半导体加工工艺切割、研磨、抛光制成厚度100～60m左右的芯片，再采用悬空支撑方式固定芯片，这种结构陶瓷芯片的机械加工性能要求较高，更薄的芯片通常难以加工，且不能保证器件的可靠性。g0年代末，导电基柱型结构的探测器被开发出来，敏感芯片用导电胶粘贴在导电基柱上，基柱材料采用绝拇l生能很好的导电材料，本身作为热释电敏感芯片的底电极，这种结构大大降低了对陶瓷芯片机械加工

7、性能的要求，陶瓷敏感元的厚度可臧少到50m以内，但导电基柱材料盼睦能要求太高，这种l结jll构的0探0测一器、一；与铁l电0薄t膜型探测器相比，其响应速度和灵敏度都很有限，所以一直没有形成很大的市场规模。热释电敏感元只能探测温度变化的目标，为了使热释电传感器连续输出信号，必须使用一个机械斩嫂器(chopper)对入射的红外线进行周期性遮断，斩波频率由敏感元的热响应频率决定，传统的斩波器是由电机驱动的遮光板，体积大、功耗高、可谍眭低，使用极不方便，现在多数已被固态斩波器所取代。这种斩波器实际维普资讯http://www.cqvip.com前市场上大多数单元补偿型双元

8、型四元型S