[實用新型]高壓直流偏置條件下動態法熱釋電信號檢測裝置

無效

• 申請號: 200720104846.5
• 申請日: 2007-07-31
• 公開（公告）號: CN201083704Y
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發明（設計）人: 王毅;晏和猛;梅紅巖
• 申請（專利權）人: 昆明盛方信息技術有限公司
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00
• 代理公司: 昆明正原專利代理有限責任公司
• 代理人: 趙云

技術領域

本實用新型涉及一種高壓直流偏置、高輸出阻抗的熱釋電傳感器動態法微弱信號檢測方法，具體是高壓直流偏置條件下動態法熱釋電信號檢測裝置。

背景技術

熱釋電系數是表征熱釋電材料性能的重要參數。從物理意義上講，熱釋電系數就是熱釋電材料的極化隨溫度的變化率：

其中：p為熱釋電系數；i為熱釋電電流；A為樣品面積；為溫度變化率。

動態法熱釋電系數測試中，采用黑體或激光光束等熱輻射方式使晶體溫度發生變化的方法技術難度大、成本高，常用的方法是采用半導體制冷器(TEC)通過熱傳導的方式使晶體溫度發生變化。如：中科院上海技術物理研究所2002年申請的“用于熱釋電薄膜材料的熱釋電系數測量裝置”專利(申請號：02136155.X)和昆明物理研究所2003年申請的“動態法熱釋電系數測試裝置”專利(專利號：ZL200420033536.5)。

新一代熱釋電材料(如BST等)在一定的直流偏置電場條件下可以獲得更高的熱釋電系數，但在測試中有很大難度：直流偏置電壓需要伏特～百伏特量級，熱釋電電流信號只有皮安～納安量級；熱釋電傳感器阻抗較高，通常為10¹⁰歐姆以上；常用的動態法熱釋電測試技術中，為了保證熱傳導均勻，信號頻率很低，通常為10^-2赫茲以下。如果采用電流放大技術，偏置電壓的噪聲也同時被放大，信噪比不高；采用電壓放大技術，由于信號頻率極低、探測器輸出阻抗高，很難采用交流耦合方式隔離直流偏壓，直流耦合方式下，直流偏置也同時被放大，對放大器的動態響應范圍要求很高，技術難度大。

為了可靠獲取高壓直流偏置條件下的高阻熱釋電傳感器微弱輸出信號，需要特別的阻抗匹配技術和信號處理技術。

發明內容

為了解決高壓直流偏置條件下的動態法熱釋電系數測試，本實用新型提供一種高壓直流偏置條件下動態法熱釋電信號檢測裝置，為阻抗匹配和噪聲抑制技術，該裝置不僅滿足直流偏置電壓可調、輸出阻抗匹配的熱釋電傳感器測試要求，同時對偏置電壓噪聲不敏感、信噪比高，測試技術簡單可靠，容易推廣應用。

本實用新型所采用的技術方案是：這種高壓直流偏置條件下動態法熱釋電信號檢測裝置，直流偏置電壓與偏置電阻、熱釋電傳感器件串聯，偏置電阻兩端接數字納伏表。

高壓直流偏置電壓通過偏置電阻Rs加到熱釋電傳感器上，Rs比傳感器的阻抗低2～3個數量級，Rs同時作為傳感器的偏置電阻和負載電阻，在Rs兩端取出差分信號送入放大器進行差分放大或直接送入數字納伏表進行測量。由于偏置電阻比傳感器阻抗低2～3個數量級，可以保證99％以上的偏置電壓是加在傳感器兩端；信號從Rs兩端取出，對偏置電壓波動產生的供模噪聲不敏感，信噪比提高，降低了直流偏置電壓源的要求；信號通路采用直流耦合，進度較高，且只有1％以下的直流偏置電壓疊加在信號上，降低了放大器或數字納伏表的動態范圍要求。

本實用新型的有益效果是：可以在高壓直流偏置電壓條件下，可靠地測量動態法熱釋電超低頻微弱信號。測試電路中僅采用一只電阻元件，結構簡單，不僅滿足直流偏置電壓可調、輸出阻抗匹配的熱釋電傳感器測試要求，同時對偏置電壓噪聲不敏感、信噪比高，測試技術簡單可靠，容易推廣應用。

下面結合附圖詳細說明本實用新型的結構，但本實用新型的結構不限于附圖所示。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

具體實施方式

在圖1中，直流偏置電壓1與偏置電阻2、熱釋電傳感器件3串聯，測試信號從偏置電阻2兩端取出。通常偏置電壓為幾伏到百伏量級，為保證偏置電壓能夠施加到傳感器上，偏置電阻阻值比熱釋電傳感器件阻抗低2～3個數量級；為了保證測試精度，偏置電阻采用高精度、低噪聲金屬膜電阻，阻值通常為幾兆歐；為了降低噪聲，偏置電阻通常與熱釋電傳感器件一起放入屏蔽環境中。

直流偏置電壓1采用12V干電池，偏置電阻2為5.6兆歐姆，熱釋電傳感器件3為BST薄膜材料器件。測試信號從偏置電阻2兩端取出，通過屏蔽電纜接入7位半的數字納伏表4中，采用1伏的量程，最小可以檢測到1微伏的信號，相當于0.18皮安的熱釋電電流。