熱釋電紅外讀出電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種熱釋電紅外讀出電路，包括：探測(cè)器，用于探測(cè)被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射，并將探測(cè)到的紅外輻射轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；放大器，用于放大所述電信號(hào)，以便從放大器的輸出得出被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射，其中，所述探測(cè)器采用介電常數(shù)隨著溫度變化而變化的相變熱釋電材料探測(cè)被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射。本發(fā)明實(shí)施例的熱釋電紅外讀出電路可以通過調(diào)節(jié)輸入偏置電壓來讀取相變熱釋電材料的等效電容的變化，從而讀取被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射，因此無需傳統(tǒng)紅外熱釋電讀出電路中的斬波器，降低了功耗，也減小了體積和質(zhì)量。
【專利說明】熱釋電紅外讀出電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及紅外熱釋電探測(cè)器領(lǐng)域，尤其是涉及一種熱釋電紅外讀出電路。

【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)普朗克輻射定理，任何溫度高于絕對(duì)零度的物體，其內(nèi)部都會(huì)發(fā)生分子熱運(yùn) 動(dòng)，從而產(chǎn)生波長(zhǎng)不等的紅外輻射。紅外輻射具有強(qiáng)度和波長(zhǎng)直接與物體表面溫度有關(guān)的 重要特征，提供了物體的豐富的信息。但是紅外輻射是一種不可見的電磁波，利用紅外輻射 來獲取物體的信息的時(shí)候，需要將這種紅外輻射轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的信號(hào)。
[0003] 目前測(cè)量紅外輻射一般采用傳統(tǒng)熱釋電材料。
[0004] 傳統(tǒng)熱釋電材料利用自發(fā)極化隨溫度變化而變化的特性工作的，其距離溫度遠(yuǎn)離 工作溫度，電容不隨溫度變化，工作時(shí)不需要加偏壓。當(dāng)溫度保持恒定時(shí)，由于極化電荷與 感應(yīng)電荷相等，即使將其短路連接此時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生短路電流。即是說，傳統(tǒng)熱釋電材料響應(yīng) 的是溫度的變化，靜止圖像雖然不同像元的目標(biāo)溫度不同，但是其目標(biāo)溫度是保持恒定的， 即目標(biāo)溫度沒有變化。因此傳統(tǒng)紅外熱釋電讀出電路需要使用斬波器，利用斬波器與目標(biāo) 之間的溫度差使得探測(cè)器感應(yīng)到溫度變化，這樣才能將靜止圖像讀出。然而，斬波器會(huì)消耗 較大的功耗，而且不利于探測(cè)器的小型化，另一方面，當(dāng)目標(biāo)溫度與斬波器溫度差異較大時(shí) 很可能因?yàn)楦袘?yīng)電流太大而使輸出飽和，影響成像質(zhì)量。因此消除斬波器的讀出電路研究 成為了熱點(diǎn)。
[0005] 因此，亟需一種無需斬波器的熱釋電紅外讀出電路來解決上述問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明解決的一個(gè)問題是提供一種熱釋電紅外讀出電路，其可以不使用斬波器就 讀取靜止圖像。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種熱釋電紅外讀出電路，包括：探測(cè)器，用于 探測(cè)被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射，并將探測(cè)到的紅外輻射轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；放大器，用于放大所述 電信號(hào)，以便從放大器的輸出得出被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射，其中，所述探測(cè)器采用介電常數(shù) 隨著溫度變化而變化的相變熱釋電材料探測(cè)被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射。
[0008] 可選地，所述探測(cè)器包括：相變熱釋電探測(cè)器像元，包含所述介電常數(shù)隨著溫度變 化而變化的相變熱釋電材料，放置在被測(cè)量目標(biāo)處，當(dāng)被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射改變從而溫 度改變時(shí)，相變熱釋電探測(cè)器像元的等效電容值隨之改變；相變熱釋電探測(cè)器參考像元，用 于提供參考信號(hào)，當(dāng)被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射改變從而溫度改變時(shí)，相變熱釋電探測(cè)器參考 像元的等效電容值不改變。
[0009] 可選地，相變熱釋電探測(cè)器像元的一端接地，另一端與相變熱釋電探測(cè)器參考像 元相連作為探測(cè)器的輸入連接到放大器的輸入端；相變熱釋電探測(cè)器參考像元的一端與上 述相變熱釋電探測(cè)器像元的所述另一端相連作為放大器的輸入端，相變熱釋電探測(cè)器參考 像元的另一端連接偏置電壓。
[0010] 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱釋電紅外讀出電路，其特征在于，所述放大器包括第一 運(yùn)放、第二運(yùn)放、積分電阻以及積分電容，其中，所述第一運(yùn)放的同相輸入端連接探測(cè)器的 輸出，第一運(yùn)放的反相輸入端與第一運(yùn)放的輸出端相連通過積分電阻連接到所述第二運(yùn)放 的反相輸入端，所述積分電容分別連接所述第二運(yùn)放的反相輸入端和輸出端，第二運(yùn)放的 同相輸入端接參考電壓。
[0011] 由于本發(fā)明的探測(cè)器采用介電常數(shù)隨著溫度變化而變化的相變熱釋電材料探測(cè) 被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射。與傳統(tǒng)熱釋電材料不同，相變熱釋電材料利用其介電常數(shù)隨溫度 變化而變化的特性工作，其居里溫度在工作溫度附近，電容隨著溫度變化較大變化，工作時(shí) 需要加偏壓。正因?yàn)橄嘧儫後岆姴牧想娙蓦S溫度變化的特性，其電容與溫度直接相關(guān)而非 與溫度的變化相關(guān)，使得讀出其電容值從而從該電容值獲得被測(cè)量目標(biāo)的溫度（被測(cè)量目 標(biāo)的溫度反映被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射），而不使用斬波器就讀取靜止圖像成為了可能。本發(fā) 明采用介電常數(shù)隨著溫度變化而變化的相變熱釋電材料，調(diào)節(jié)相變熱釋電材料的偏置電壓 來讀取相變熱釋電材料的等效電容的變化，從而讀取被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射，因此無需傳 統(tǒng)熱釋電紅外讀出電路中的斬波器，降低了功耗，也減小了體積和質(zhì)量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 通過閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它 特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0013] 圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的熱釋電紅外讀出電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2a是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中熱釋電紅外讀出電路的探測(cè)器偏置電壓的時(shí)序示意 圖；
[0015] 圖2b是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中熱釋電紅外讀出電路的探測(cè)器輸出電壓的時(shí)序示意 圖；
[0016] 圖2c是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中整個(gè)熱釋電紅外讀出電路的輸出電壓的時(shí)序示意 圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施 例作詳細(xì)描述。
[0018] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0019] 圖1示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中一種熱釋電紅外讀出電路，該電路包括探測(cè)器 1和放大器2。
[0020] 探測(cè)器1用于探測(cè)被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射，并將探測(cè)到的紅外輻射轉(zhuǎn)化為電信 號(hào)。所述探測(cè)器采用介電常數(shù)隨著溫度變化而變化的相變熱釋電材料探測(cè)被測(cè)量目標(biāo)的紅 外輻射。與傳統(tǒng)熱釋電材料不同，相變熱釋電材料利用其介電常數(shù)隨溫度變化而變化的特 性工作，其居里溫度在工作溫度附近，電容隨著溫度變化較大變化，工作時(shí)需要加偏壓。正 因?yàn)橄嘧儫後岆姴牧想娙蓦S溫度變化的特性，其電容與溫度直接相關(guān)而非與溫度的變化相 關(guān)，使得讀出其電容值從而從該電容值獲得被測(cè)量目標(biāo)的溫度（被測(cè)量目標(biāo)的溫度反映被 測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射），而不使用斬波器就讀取靜止圖像成為了可能。
[0021] 放大器2用于放大所述電信號(hào)，以便從放大器的輸出得出被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻 射。利用相變熱釋電材料感測(cè)被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射，所輸出的電信號(hào)非常小，根據(jù)不足以 測(cè)量，因此要通過放大器2將電信號(hào)放大。
[0022] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述探測(cè)器1包括相變熱釋電探測(cè)器像元Cs和相變熱釋電探測(cè) 器參考像元C b。
[0023] 相變熱釋電探測(cè)器像元Cs包含所述介電常數(shù)隨著溫度變化而變化的相變熱釋電 材料，放置在被測(cè)量目標(biāo)處，當(dāng)被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射改變從而溫度改變時(shí)，相變熱釋電探 測(cè)器像元的等效電容值隨之改變。
[0024] 相變熱釋電探測(cè)器參考像元Cb用于提供參考信號(hào)，當(dāng)被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射改變 從而溫度改變時(shí)，相變熱釋電探測(cè)器參考像元的等效電容值不改變。
[0025] 相變熱釋電探測(cè)器像元Cs的一端接地，另一端與相變熱釋電探測(cè)器參考像元C b相 連作為探測(cè)器的輸入連接到放大器的輸入端。
[0026] 相變熱釋電探測(cè)器參考像元Cb的一端與上述相變熱釋電探測(cè)器像元Cs的所述 另一端相連作為放大器的輸入端，相變熱釋電探測(cè)器參考像元C b的另一端連接偏置電壓 Vbias⑴。此時(shí)，可知，相變熱釋電探測(cè)器像元Cs兩端的分壓V s⑴，即探測(cè)器1的輸出為：
[0027]

【權(quán)利要求】
1. 一種熱釋電紅外讀出電路，包括： 探測(cè)器（1)，用于探測(cè)被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射，并將探測(cè)到的紅外輻射轉(zhuǎn)換為電信號(hào)； 放大器（2)，用于放大所述電信號(hào)，以便從放大器的輸出得出被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射， 其中，所述探測(cè)器采用介電常數(shù)隨著溫度變化而變化的相變熱釋電材料探測(cè)被測(cè)量目 標(biāo)的紅外輻射。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱釋電紅外讀出電路，其特征在于，所述探測(cè)器包括： 相變熱釋電探測(cè)器像元（Cs)，包含所述介電常數(shù)隨著溫度變化而變化的相變熱釋電材 料，放置在被測(cè)量目標(biāo)處，當(dāng)被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射改變從而溫度改變時(shí)，相變熱釋電探測(cè) 器像元的等效電容值隨之改變； 相變熱釋電探測(cè)器參考像元（(；)，用于提供參考信號(hào)，當(dāng)被測(cè)量目標(biāo)的紅外輻射改變 從而溫度改變時(shí)，相變熱釋電探測(cè)器參考像元的等效電容值不改變。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱釋電紅外讀出電路，其特征在于： 相變熱釋電探測(cè)器像元（Cs)的一端接地，另一端與相變熱釋電探測(cè)器參考像元（Cb)相 連作為探測(cè)器的輸入連接到放大器的輸入端； 相變熱釋電探測(cè)器參考像元（Cb)的一端與上述相變熱釋電探測(cè)器像元（Cs)的所述另 一端相連作為放大器的輸入端，相變熱釋電探測(cè)器參考像元（Cb)的另一端連接偏置電壓 (Vbias ⑴）。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱釋電紅外讀出電路，其特征在于，所述放大器包括第一運(yùn) 放（opampl)、第二運(yùn)放（opamp2)、積分電阻（Rint)以及積分電容（Cint)，其中， 所述第一運(yùn)放的同相輸入端連接探測(cè)器的輸出，第一運(yùn)放的反相輸入端與第一運(yùn)放的 輸出端相連通過積分電阻連接到所述第二運(yùn)放的反相輸入端，所述積分電容分別連接所述 第二運(yùn)放的反相輸入端和輸出端，第二運(yùn)放的同相輸入端接參考電壓。
【文檔編號(hào)】G01J5/14GK104390709SQ201410645136
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】雷述宇 申請(qǐng)人:北方廣微科技有限公司