[實用新型]一種智能熱釋電紅外線傳感器

有效

• 申請號: 201120256960.6
• 申請日: 2011-07-20
• 公開（公告）號: CN202188910U
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 鄭國恩
• 申請（專利權）人: 鄭國恩
• 主分類號: G01J5/08
• 分類號: G01J5/08
• 代理公司: 深圳市凱達知識產權事務所 44256
• 代理人: 王琦

技術領域

本實用新型涉及一種紅外線傳感器，具體涉及一種微型化的智能型熱釋電紅外線傳感器。

背景技術

熱釋電紅外線傳感器通常是由一種高熱釋電系數的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成的紅外敏感材料元件。即在每個傳感器內裝入一個或多個敏感材料元件，并將敏感材料元件以相反極性串聯，以抑制由于自身溫度變化而產生的干擾，由敏感材料元件將感應并接收到的紅外輻射轉變成微弱的電壓信號，經裝在傳感器內的場效應管進行阻抗變換后向外輸出。

目前市場上的熱釋電紅外線傳感器基本上都是采用傳統材料和結構構成，主要以紅外敏感材料元件、紅外光學濾光片、場效應三極管及金屬外殼焊接而成。其工作原理是：人體輻射出中心波長為約9.3微米的紅外線，然后穿過5-14um的光學濾光片，使紅外敏感材料改變自發極化狀態，電荷流動產生電壓信號，經場效應三極管進行阻抗變換后輸出模擬信號。由于環境溫度變化、人體移動距離變化均影響信號輸出，傳感器的輸出電壓在數十微伏到數百微伏之間變化且呈非線性特性。

圖1為傳統的熱釋電紅外線傳感器的結構示意圖，主要組成結構為紅外光學濾光片10、紅外敏感材料元件11、電阻13、場效應三極管12及金屬外殼14焊接而成，其中紅外光學濾光片10主要是控制通過5-14um的紅外線，電阻13為匹配敏感材料的甚高電阻，通常是用敏感材料的體電阻替代，場效應三極管12為阻抗變換用，金屬外殼14用于密封。

為了增加傳感器的靈敏度以增大感應距離，一般在傳感器的前方裝設一個具有光學衍射功能的菲涅爾透鏡。該透鏡用透明PE塑料制成，有若干螺紋和曲面結構，具有光學聚焦和斬波的的作用，它和外置放大電路相配合，再將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出5～12米范圍內人的移動。

由于傳感器自身的輸出信號微弱，后續需要數千倍率的放大調理電路及外置聚焦的曲面型塑料菲涅爾透鏡才能進行檢測和使用。其存在的問題是：

1、后續調理電路很大，難以實現微型化。

2、傳感器微信號放大電路技術要求高，調試困難，環境干擾大，非專業人員很難使用；

3、其次是外置的菲涅耳透鏡體積很大，影響產品微型化，很難在現代的數字產品上推廣使用。

隨著IT產品的發展，傳感器微型化和數字化是一種必然趨勢。本實用新型就是克服上述的問題，為適合該類應用而設計的微型化器件。

發明內容

本實用新型目的是為了解決上述技術問題，提供一種微型化的、智能型的熱釋電紅外線傳感器，其特點是采用嵌入式智能集成電路芯片，內部集成各種傳感器電路，形成一種微型化、具有信號分析處理能力、可輸出多種不同可控信號的熱釋電傳感器。

本實用新型的目的是通過以下的技術方案來實現的：

一種熱釋電紅外線傳感器，包括有：

紅外敏感材料元件；

外殼，包括有基板和蓋板，基板中部向下凹入形成收容空間，收容空間內部用于收納與封裝紅外敏感元件及集成電路芯片模塊，蓋板設有供紅外光學衍射濾光元件使用的硅基窗口，紅外敏感材料元件和集成電路芯片模塊直接鍵合在封裝材料內；

紅外光學衍射濾光元件，安裝在硅基窗口內，其是平面型硅基菲涅爾透鏡，表面設有由小到大的同心圓，底部平面蒸鍍有紅外增透材料層，位于紅外敏感材料元件上方，同時起到紅外濾光和紅外聚焦雙重的作用；

集成電路芯片模塊，其是高度集成的嵌入式集成電路芯片，其內集成有信號放大電路、模數轉換電路、低通/高止濾波電路和信號輸出單元。

紅外光學衍射濾光元件，在其表面根據光學原理，用半導體腐刻方法，設置有由小到大的同心圓，即不同斜率的鋸齒槽，在另一面即透鏡底部平面蒸鍍有紅外增透材料材料，其作用是讓5-14um紅外線增透而其它波長的光線截止，置于敏感材料元件上方，具有紅外濾光和紅外聚焦雙重作用。

常用的熱釋電紅外線敏感元件的材料有陶瓷氧化物和壓電晶體，如鈦酸鋇、鉭酸鋰、硫酸三甘肽及鈦鉛酸鉛等。本實用新型的紅外敏感材料元件的敏感材料優選為鈦酸鉛陶瓷或硅基蜂窩陣列敏感元件。

所述的紅外光學衍射濾光元件上的同心圓為不同斜率的鋸齒槽形成。

為穩定芯片工作，所述的集成電路芯片模塊還集成有參考電壓源、溫度補償電路及內部震蕩器。