[發明專利]一種紅外橋式測溫傳感器

無效

• 申請號: 201010297404.3
• 申請日: 2010-09-30
• 公開（公告）號: CN101995297A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發明（設計）人: 王宏臣
• 申請（專利權）人: 煙臺睿創微納技術有限公司
• 主分類號: G01J5/24
• 分類號: G01J5/24;G01J5/22
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立

技術領域

本發明涉及一種測溫傳感器，尤其涉及一種紅外橋式測溫傳感器，屬于傳感器領域。

背景技術

紅外測溫由于具有非接觸，測溫動態范圍寬和測溫準確等獨特優點，在食品，醫療，電力，工業，建筑等領域具有非常廣泛的應用。紅外測溫傳感器是紅外測溫儀表的關鍵器件，其性能決定了測溫儀表的精度。目前，紅外測溫傳感器多采用熱電堆原理制作，美國專利US-5059543就公開了一種典型的熱電堆紅外傳感器的制造方法，其包括在硅襯底上利用硅各向異性腐蝕劑從硅襯底背面腐蝕，刻蝕中心部位的硅，在硅襯底頂部留下厚度約為1微米的氧化硅-氮化硅封閉膜，利用兩種不同熱電特性材料沉積并形成熱偶對，熱電堆熱端布置在封閉薄膜之上，冷端與硅襯底直接連接，當紅外輻射入射到該紅外傳感器之上，引氣封閉膜溫升，利用熱電堆探測該溫升就可以探測出紅外輻射的強弱并計算出目標溫度。

熱電偶是制作紅外測溫傳感器的最常用方法，不過利用熱電偶作為紅外測溫傳感器測溫材料也存在不足。常用熱偶材料的賽貝克系數通常不高，例如硅-Al熱偶對的溫度靈敏系數僅為0.1％/K，即使溫度靈敏系數很高的BiSb(銻化鉍)的熱電系數也僅為0.5％左右，是氧化釩薄膜的熱敏電阻系數(2％/K)1/4左右，這限制了紅外測溫傳感器的溫度分辨率。利用熱電偶串聯的熱電堆雖然可以改進傳感器的響應靈敏度，但熱電偶串聯也造成了兩個問題：首先是熱電堆的輸出電阻變大，器件噪聲增加，其次冷端和熱端間的熱電堆線條會增大器件敏感區與襯底間的熱導，反而導致器件溫度分辨率下降，因此利用熱電堆技術也難以實現高精度溫度測量。而在某些領域如醫療體溫檢測，高精度測溫非常重要。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種紅外橋式測溫傳感器，可有效改善環境溫度對傳感器的影響，實現高精度的溫度測量。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種紅外橋式測溫傳感器，包括，襯底和由四個電阻組成的電阻器電橋，其特征在于，所述電阻器電橋包括由一個光敏電阻、兩個環境參考電阻和一個焦耳參考電阻之間首尾相連構成的環狀結構，所述兩個環境參考電阻之間接電源地，所述光敏電阻與焦耳參考電阻之間接供電電源，所述光敏電阻與一個環境參考電阻之間為第一輸出端，所述焦耳參考電阻與另一個環境參考電阻之間為第二輸出端，所述襯底在安裝光敏電阻和焦耳參考電阻的位置設有凹槽。

本發明的有益效果是：本發明所述傳感器采用橋式結構，有利于減小環境溫度和焦耳熱對傳感器輸出信號的影響，提高傳感器的工作適應性，并可根據電橋輸出信號的大小有效判斷目標溫度，通過使用光敏電阻和焦耳熱參考電阻和環境參考電阻，有效提高傳感器的靈敏度，并在光敏電阻和焦耳熱參考電阻下邊的襯底設置凹槽結構，提高了溫度測量的精確度。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述構成電阻器電橋的四個電阻的阻值相同。

采用上述進一步方案的有益效果是，使用阻值相同的電阻，可為光敏電阻提供更加準確的參考電阻值。

進一步，所述構成電阻器電橋的四個電阻由測溫材料構成，所述測溫材料為氧化釩。

采用上述進一步方案的有益效果是，氧化釩的電阻溫度系數較高，器件靈敏度高，測溫準確。

進一步，所述光敏電阻外層鍍有黑金紅外吸收層，所述焦耳參考電阻外層鍍有金屬反射層。

采用上述進一步方案的有益效果是，光敏電阻外層鍍有黑金紅外吸收層，對紅外的吸收率高達95％以上，而焦耳參考電阻外層鍍有金屬反射層，對紅外輻射的吸收率小于1％。

進一步，所述光敏電阻和焦耳參考電阻分別懸浮在兩個凹槽上面，并且兩端跨接在凹槽兩端。

采用上述進一步方案的有益效果是，采用懸浮跨接結構，有利于減小環境溫度和焦耳熱對傳感器輸出信號的影響，提高傳感器的工作適應性。

進一步，所述凹槽的深度為100微米至500微米。

采用上述進一步方案的有益效果是，凹槽內的空氣可作為光敏電阻和焦耳參考電阻與襯底間的熱絕緣層，使測試結果更加準確。