專利名稱：熱釋電紅外傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域中的電氣設(shè)備及電氣工程類之光敏器件，具體是一種熱釋電紅外傳感器。
背景技術(shù)：
在選用熱釋電紅外傳感器，人們往往會(huì)考慮該傳感器的成本、防水性和防腐蝕性、 探測(cè)距離遠(yuǎn)近這幾個(gè)指標(biāo)。目前常用的熱釋電紅外傳感器工作過(guò)程是這樣的人體發(fā)出的紅外光投射到菲涅爾透鏡上，經(jīng)透鏡聚焦、放大后再投射到紅外濾光片上，紅外濾光片濾除雜波后再投射到探測(cè)敏感元上，探測(cè)敏感元將光信號(hào)變成電信號(hào)由場(chǎng)效應(yīng)管輸出。采用了紅外濾光片，由于紅外濾光片在濾除無(wú)用的光信號(hào)的同時(shí)，也把有用的人體的光信號(hào)濾除掉了一部分，因而其探測(cè)距離和敏感性受到了很大的影響。采用了紅外濾光片也無(wú)疑增加了成本。故需要一種改進(jìn)產(chǎn)品來(lái)的出現(xiàn)克服上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上所述，本發(fā)明旨在提供一種成本低、防水防腐蝕性能強(qiáng)、探測(cè)距離遠(yuǎn)的熱釋電紅外傳感器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的包括半球形菲涅爾透鏡(1)，所述菲涅爾透鏡(1)下端密閉連接圓環(huán)形外罩G)，探測(cè)敏感元(6)在保持器( 上，所述保持器( 支墊在陶瓷基片(8)和探測(cè)敏感元(6)之間，三極管(7)置于陶瓷基片(8)中間設(shè)置的通孔中，陶瓷基片 (8)置于管座(3)上，所述外罩(4)密閉罩在管座(3)上，所述外罩(4)密閉罩在上端面設(shè)有圓孔(10)的管帽( 上，所述管帽( 置于探測(cè)敏感元(6)上方。所述管帽( 上端面設(shè)置有10個(gè)圓孔(10)，利用了十孔管帽來(lái)代替紅外濾光片的電磁屏蔽功能，這人體發(fā)出的紅外光投射到菲涅爾透鏡上，經(jīng)透鏡聚焦、放大后經(jīng)過(guò)直徑為Imm的圓孔直接投射到探測(cè)敏感元(6)上，探測(cè)敏感元(6)將光信號(hào)變成電信號(hào)由通電三極管(7)和陶瓷基片(8)形成的場(chǎng)效應(yīng)管輸出。導(dǎo)線(9)穿過(guò)陶瓷基片(8)和管座C3)邊緣設(shè)置的通孔(11)后連接三極管(7)。采用本方案的熱釋電紅外傳感器，由于利用了菲涅爾透鏡來(lái)代替紅外濾光片的密閉功能，起到了很好的防水防腐蝕的作用，同時(shí)，利用了十孔管帽來(lái)代替紅外濾光片的電磁屏蔽功能，這樣就省去了紅外濾光片，降低了成本，又因?yàn)榧t外濾光片在濾除無(wú)用的光信號(hào)的同時(shí)，也把有用的人體的光信號(hào)也濾除掉了一部分，因而十孔管帽來(lái)代替紅外濾光片后其探測(cè)距離比普通傳感器要遠(yuǎn)，感應(yīng)更靈敏，解決了紅外傳感器在夏天探測(cè)距離近的行業(yè)難題。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的截面示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1和圖2所示，熱釋電紅外傳感器包括半球形菲涅爾透鏡1，所述菲涅爾透鏡 1下端密閉連接圓環(huán)形外罩4，探測(cè)敏感元6在保持器5上，所述保持器5支墊在陶瓷基片 8和探測(cè)敏感元6之間，三極管7置于陶瓷基片8中間設(shè)置的通孔中，陶瓷基片8置于管座 3上，所述外罩4密閉罩在管座3上，所述外罩4罩在上端面設(shè)有圓孔10的管帽2上，所述管帽2置于探測(cè)敏感元6上方。導(dǎo)線9穿過(guò)陶瓷基片8和管座3邊緣設(shè)置通孔11后連接三極管7。熱釋電紅外傳感器由菲涅爾透鏡1、管帽2、管座3形成的電磁屏蔽罩，探測(cè)敏感元 6和通電三極管7、陶瓷基片8、管座3形成的場(chǎng)效應(yīng)管匹配器四部分組成。上述四部分的作用和功能如下菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡是熱釋電紅外傳感器不可缺少的組成部分，其作用有三 一是將人體輻射的紅外線聚焦到探測(cè)敏感元元上；二是產(chǎn)生交替變化的紅外輻射高靈敏區(qū)和盲區(qū)，以適應(yīng)熱釋電探測(cè)元要求不斷變化的要求；三是將探測(cè)敏感元和電路組件包裹、密封，不讓其受潮而失效。菲涅爾透鏡一般用塑料制造，先將塑料加工成薄鏡片，然后對(duì)鏡片進(jìn)行棱狀或梳狀處理，使鏡片成為高靈敏區(qū)和盲區(qū)交替出現(xiàn)的透鏡。在使用中，將熱釋電傳感器安裝于透鏡的焦點(diǎn)區(qū)，這樣當(dāng)有人在鏡前移動(dòng)時(shí)，其輻射的紅外線就會(huì)通過(guò)透鏡形成高靈敏區(qū)和盲區(qū)交替出現(xiàn)的紅外輻射并傳到傳感器的探測(cè)敏感元上，使探測(cè)敏感元產(chǎn)生時(shí)強(qiáng)時(shí)弱的或時(shí)有時(shí)無(wú)的電脈沖信號(hào)，并通過(guò)阻抗變換器的變換由輸出端輸出。管帽、管座形成的電磁屏蔽罩管帽、管座與菲涅爾透鏡構(gòu)成密閉的環(huán)境以防止水氣和電磁雜波的進(jìn)入。探測(cè)敏感元該傳感器將兩個(gè)極性相反、特性一致的探測(cè)元串接在一起，目的在于消除因環(huán)境溫度和自身變化引起的干擾。它利用兩個(gè)極性相反、大小相等的干擾信號(hào)可在內(nèi)部相互抵消的原理，使傳感器起到補(bǔ)償作用。對(duì)于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電紅外傳感器通過(guò)安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后通過(guò)管帽上的10個(gè)圓孔加至探測(cè)敏感元上，探測(cè)敏感元將紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)由場(chǎng)效應(yīng)管組成的源極跟隨器輸出，因此傳感器會(huì)輸出探測(cè)信號(hào)電壓。用來(lái)制造熱釋電紅外探測(cè)敏感元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測(cè)波長(zhǎng)范圍為0. 2 20 μ m。紅外輻射在大氣中傳播時(shí)會(huì)被大氣吸收而降低輻射強(qiáng)度，不過(guò)這種吸收對(duì)整個(gè)紅外輻射波段的吸收是不均勻的。在1 2. 5μπκ 3 5μπι、8 14μπι這三個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，大氣的吸收是很小的。人體輻射的紅外線波長(zhǎng)為 9. 5 μ m，恰好位于8 14 μ m這個(gè)大氣窗口的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。因此人體發(fā)出的紅外輻射能夠較好地穿過(guò)大氣到達(dá)熱釋電紅外傳感器。場(chǎng)效應(yīng)管通電三極管7、陶瓷基片8、管座3形成的場(chǎng)效應(yīng)管匹配器，熱釋電紅外探測(cè)探測(cè)敏感元的阻抗高達(dá)1000ΜΩ，因此必須采用變換元件對(duì)其輸出的信號(hào)進(jìn)行阻抗變換后才能作為控制信號(hào)輸出。通常使用具有高輸入阻抗的場(chǎng)效應(yīng)管，將其接成源極跟隨器， 使其變成低輸出阻抗的控制信號(hào)，與放大器的輸入端相匹配。熱釋電紅外傳感器的工作原理自然界的任何物體，只要其溫度高于絕對(duì)零度(_273°C )，總是不斷地向外發(fā)出紅外輻射，并以光的速度傳播能量。物體向外輻射紅外輻射的能量與物體的溫度和紅外
4輻射的波長(zhǎng)有關(guān)。假定物體發(fā)射紅外輻射的峰值波長(zhǎng)為λπι，它的溫度為T，則輻射能量等于紅外輻射的峰值波長(zhǎng)為Am與物體溫度T的乘積。這一乘積為一常數(shù)，即λπι·Τ = 2998 ^ 3000(μπι · K)。物體的溫度越高，它所發(fā)射的紅外輻射的峰值波長(zhǎng)越小，發(fā)出紅外輻射的能量也越大。某些被稱為“鐵電體”的電介質(zhì)材料，如鈦酸鉛、硫酸三甘肽、鉭酸鋰等，，受到紅外輻射后其溫度會(huì)升高，這種現(xiàn)象稱為紅外輻射的熱效應(yīng)。能夠在紅外輻射下產(chǎn)生熱效應(yīng)的材料稱為高熱電系數(shù)材料。上述材料便是這種能在紅外輻射下產(chǎn)生熱效應(yīng)的高熱電系數(shù)材料。通常，電介質(zhì)的內(nèi)部是沒(méi)有載流子的，因此它沒(méi)有導(dǎo)電能力。但是任何電介質(zhì)毫無(wú)例外地都是由帶電粒子組成的，即由電子和原子核組成的。在外加電壓的作用下，這些帶電粒子也要發(fā)生移動(dòng)，帶正電荷的粒子趨向負(fù)極，帶負(fù)電荷的粒子趨向正極。其結(jié)果是使電介質(zhì)的一個(gè)表面帶正電，另一個(gè)表面帶負(fù)電，我們稱這種現(xiàn)象為電極化。在電壓加上去的瞬間到電極化狀態(tài)建立起來(lái)的這段時(shí)間內(nèi)，電介質(zhì)內(nèi)部的電荷順著外加電場(chǎng)的方向運(yùn)動(dòng)，形成一種電流，這個(gè)電流成為位移電流。但是當(dāng)極化狀態(tài)建立之后，位移電流即消失。對(duì)于大多數(shù)的電介質(zhì)，當(dāng)電壓除去后，極化狀態(tài)隨之消失，其帶電粒子的運(yùn)動(dòng)又恢復(fù)原態(tài)。對(duì)于上述現(xiàn)象，某些鐵電體電介質(zhì)材料卻是個(gè)例外，像上述的幾種鐵電體材料，當(dāng)被極化后撤去外加電壓時(shí)，這種極化現(xiàn)象仍然被保留下來(lái)，這種現(xiàn)象被稱為自發(fā)極化。自發(fā)極化的強(qiáng)度與溫度相關(guān)，當(dāng)溫度升高時(shí)，極化強(qiáng)度降低。自發(fā)極化的鐵電體平時(shí)靠捕捉大氣中的浮游電荷保持平衡狀態(tài)。當(dāng)受到紅外輻射后，其內(nèi)部溫度便會(huì)升高，介質(zhì)內(nèi)部的極化狀態(tài)便隨之降低，它的表面電荷濃度也降低了。 這也就相當(dāng)于“釋放”了一部分電荷，這種現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的熱釋電效應(yīng)。將釋放出的電荷通過(guò)放大器放大后就成了一種控制信號(hào)，利用這一原理制成的紅外傳感器稱為熱釋電紅外傳感器。需要指出的是，如果紅外輻射持續(xù)下去，電介質(zhì)的溫度就會(huì)升到新的平衡狀態(tài)，表面電荷也同時(shí)達(dá)到平衡。這時(shí)它就不再釋放電荷，也就不再有信號(hào)輸出了，因此，對(duì)于這類熱釋電紅外傳感器，只有在紅外輻射強(qiáng)度不斷變化，它的內(nèi)部溫度隨之不斷升降的過(guò)程中， 傳感器才有信號(hào)輸出，而在穩(wěn)定狀態(tài)下，輸出信號(hào)則為零。因此在應(yīng)用這類傳感器時(shí)，應(yīng)設(shè)法使紅外輻射不斷變化，這樣才能使傳感器不斷有信號(hào)輸出。為了滿足這一要求，通常在熱釋電傳感器的使用中，總是要在它的前面加裝一個(gè)菲涅爾透鏡。普通的熱釋電紅外傳感器的工作過(guò)程是人體發(fā)出的紅外光投射到菲涅爾透鏡上，經(jīng)透鏡聚焦、放大后再投射到紅外濾光片上，紅外濾光片濾除雜波后再投射到探測(cè)敏感元上，探測(cè)敏感元將光信號(hào)變成電信號(hào)由場(chǎng)效應(yīng)管輸出。管帽、管座、紅外濾光片構(gòu)成密閉的環(huán)境以防止水氣和電磁雜波的進(jìn)入。熱釋電紅外傳感器的工作過(guò)程是人體發(fā)出的紅外光投射到菲涅爾透鏡上，經(jīng)透鏡聚焦、放大后經(jīng)過(guò)直徑為Imm的圓孔直接投射到探測(cè)敏感元上，探測(cè)敏感元將光信號(hào)變成電信號(hào)由場(chǎng)效應(yīng)管輸出。管帽、管座、菲涅爾透鏡構(gòu)成密閉的環(huán)境以防止水氣和電磁雜波的進(jìn)入。熱釋電紅外傳感器的創(chuàng)新之處在于巧妙的利用菲涅爾透鏡來(lái)代替紅外濾光片的密閉功能，巧妙的利用十孔管帽來(lái)代替紅外濾光片的電磁屏蔽功能。這樣就省去了紅外濾光片，降低了成本。又因?yàn)榧t外濾光片在濾除無(wú)用的光信號(hào)的同時(shí)，也把有用的人體的光信號(hào)也濾除掉了一部分，因而上端面設(shè)有10個(gè)圓孔的管帽的熱釋電紅外傳感器探測(cè)距離比普通傳感器要遠(yuǎn)很多，感應(yīng)更靈敏，解決了紅外傳感器在夏天探測(cè)距離近的行業(yè)難題，成本降低30 %，探測(cè)距離提高30 %。
權(quán)利要求
1.熱釋電紅外傳感器，包括半球形菲涅爾透鏡(1)，所述菲涅爾透鏡(1)下端密閉連接圓環(huán)形外罩G)，探測(cè)敏感元(6)在保持器5上，所述保持器(5)支墊在陶瓷基片⑶和探測(cè)敏感元(6)之間，三極管(7)置于陶瓷基片(8)中間設(shè)置的通孔中，陶瓷基片(8)置于管座(3)上，所述外罩(4)密閉罩在管座(3)上，其特征在于所述外罩(4)罩在上端面設(shè)有圓孔(10)的管帽⑵上，所述管帽(2)置于探測(cè)敏感元(6)上方。
2.按照權(quán)利要求1所述的熱釋電紅外傳感器，其特征在于所述管帽( 上端面設(shè)置有10個(gè)圓孔(10)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的熱釋電紅外傳感器，其特征在于所述圓孔(10)的直徑為 Imm0
4.按照權(quán)利要求1所述的熱釋電紅外傳感器，其特征在于導(dǎo)線(9)穿過(guò)陶瓷基片(8) 和管座C3)邊緣設(shè)置的通孔(11)后連接三極管(7)。
全文摘要
本發(fā)明屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域中的電氣設(shè)備及電氣工程類之光敏器件，具體是一種熱釋電紅外傳感器，包括半球形菲涅爾透鏡(1)，所述菲涅爾透鏡(1)下端密閉連接圓環(huán)形外罩(4)，探測(cè)敏感元(6)在保持器5上，所述保持器(5)支墊在陶瓷基片(8)和探測(cè)敏感元(6)之間，三極管(7)置于陶瓷基片(8)中間設(shè)置的通孔中，陶瓷基片(8)置于管座(3)上，所述外罩(4)密閉罩在管座(3)上，所述外罩(4)罩在上端面設(shè)有圓孔(10)的管帽(2)上，所述管帽(2)置于探測(cè)敏感元(6)上方。采用本方案的傳感器具有成本低、防水防腐蝕性能強(qiáng)、探測(cè)距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01J5/02GK102466522SQ20101053623
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者李紅兵 申請(qǐng)人:南陽(yáng)森霸光電有限公司