[發明專利]一種用于列車軸溫探頭的紅外光子探測器

無效

• 申請號: 01104147.1
• 申請日: 2001-02-22
• 公開（公告）號: CN1370704A
• 公開（公告）日: 2002-09-25
• 發明（設計）人: 馬德軍
• 申請（專利權）人: 中國空空導彈研究院
• 主分類號: B61K9/04
• 分類號: B61K9/04;H01L31/09
• 代理公司: 中國船舶專利中心
• 代理人: 梁瑞林,鄺愛寧

本發明屬于測量技術，涉及對用于列車軸溫探頭的光敏部件的改進。

目前已有的采用了光子探測器的一種列車軸溫探頭結構原理如圖2所示。在探頭殼體8內有光學組件殼體7、電路盒10和電纜接頭9。在光學組件殼體7中有濾光片5、凸透鏡6和作為光敏部件的光子探測器，它由浸沒透鏡3和粘接在浸沒透鏡3平面中心的光敏元1A組成(參見圖1)。光路設計保證光敏元1A位于光學系統的焦點上。光敏元1A是采用銻化銦或碲鎘汞材料制成的光敏電阻，其兩端各有一個由可閥制成的引腳以便引出信號。這種光子探測器僅有一個光敏元，為了解決溫度漂移的問題，必須采用復雜的電路進行溫度補償，因而響應速度低、溫度補償效果差。對于低速列車的軸溫可以進行準確探測，但不能適應高速列車的需要。當火車高速運行時，由于光敏元的熱遲滯作用，導致響應曲線畸變，響應靈敏度下降，進而導致軸溫測量的誤差增大，對可能存在的事故隱患不能及時、準確預告。國外有一種軸溫探測用的光子探測器，適用于高速列車，它采用半導體制冷器穩定光敏元的環境溫度，導致價格高昂，而且可靠性低。

本發明的目的是，針對僅具有光敏元的單元光子探測器溫度漂移的問題，提供一種具有補償元的雙元光子探測器結構，徹底解決光子探測器的溫度漂移問題，使其適應各種速度下列車軸溫的探測需要。同時又具有結構簡單、成本低、易推廣的特點。

本發明的技術方案是，一種紅外光子探測器，包括一個浸沒透鏡、一個由銻化銦或碲鎘汞制成的光敏元、該光敏元由浸沒膠固定在浸沒透鏡的中心，光敏元帶有兩個由可閥制成的引腳，其特征在于，在光敏元的附近固定著一個補償元，它與光敏元所用的材料、結構尺寸以及使用的浸沒膠完全相同，補償元與光敏元之間的距離為0.8～3mm，補償元帶有兩個由可閥制成的引腳。

本發明的優點是，響應速度快，既適用于靜止目標也適用于高速運行目標的測量。具有自補償功能，受環境溫度變化的影響小，不需制冷，所需的外加電路簡單，易于推廣應用。本發明光子探測器不僅可應用于列車軸溫探測，也可應用于任何輻射目標的溫度實時測量。

附圖說明。

圖1a是本發明光子探測器內部結構示意圖。

圖1b是圖1a的側視圖。

圖2是安裝了光子探測器的列車軸溫探頭的結構示意圖。

圖3a、3b、3c是封裝后的光子探測器的外形示意圖，其中圖3b是金屬封裝的光子探測器的剖面圖，圖3a是圖3b的右側視圖，圖3c是圖3b的左側視圖。

下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。

參見圖1、圖2、圖3。光子探測器是列車軸溫探頭的核心部件，它由浸沒透鏡3和粘接在透鏡上的光敏元件組成。已有的光子探測器僅有一個光敏元1A，其溫度漂移大。本發明的光子探測器采用了雙元結構，在光敏元1A的附近設置了第二個光敏元件即補償元1B。浸沒透鏡采用高折射率的材料，能對目標的紅外輻射有較寬的光譜透過范圍。浸沒透鏡的半徑一般為5～8mm，折射率為n＝3～4左右。

光敏元和補償元必須由浸沒膠固定在浸沒透鏡上，所用的浸沒膠(固體介質)應保證兩元芯片與浸沒透鏡有同樣良好的光學接觸，避免全反射，同時可以使由于環境溫度變化或通電后自熱引起的應力變化對芯片的影響相同。使其阻值以同樣的規律變化，從而減小測量時的漂移和誤差。浸沒膠的折射率為n＝2.5～3。浸沒膠具有與浸沒透鏡相同的光譜透過范圍。光敏電阻芯片：

光敏元1A和補償元1B采用光敏的半導體材料做成，可采用的材料如：銻化銦、碲鎘汞。光敏元1A和補償元1B最好取自于同一晶片。從而保證電阻具有非常的接近的溫度系數和電阻率。同時，從尺寸精度上保證其阻值非常的接近。這樣可以減小輸出受環境溫度變化的漂移。光子探測器的兩元阻抗在70Ω～200Ω之間。不能過大和過小，否則探測器的響應率會有所下降。兩元阻抗的差異要小于1％。芯片的形狀可以為正方形或者其他形狀。當采用正方形時，邊長為0.1～0.2mm，厚度0.05～0.1mm。對兩元進行浸沒時應保證光敏元1A在光學系統的焦點上，保證補償元1B不在焦點上，不能受到光照。兩元之間的距離應介于0.8～3mm之間，以便保證浸沒后兩元所受的應力相同。

探測器可以采用金屬殼體封裝，用加玻璃絕緣子的可伐作為兩元芯片的引出管腳，把圖1所示的部分封裝于金屬殼體內。封裝后的外形如圖3所示。參見圖3b，金屬殼體11封裝著探測器，引出管腳12與金屬殼體11之間有玻璃絕緣子絕緣。殼體11內有絕緣填充物13。封裝好的探測器和其他全部光學組件安裝在光學組件殼體7中。

對光子探測器的供電電流不能過大，否則會由于自熱的原因，引起阻抗的不穩定。一般供電電流為：5～10mA。