[發明專利]紅外熱電堆溫度傳感器的自測試和自校準系統

有效

• 申請號: 201510767381.0
• 申請日: 2015-11-11
• 公開（公告）號: CN105444893B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 余丹;李佳
• 申請（專利權）人: 江蘇物聯網研究發展中心
• 主分類號: G01J5/14
• 分類號: G01J5/14
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 殷紅梅;韓鳳

本發明公開了一種紅外熱電堆溫度傳感器的自測試和自校準系統，實現紅外熱電堆溫度傳感器在片上電激勵下的自測試和自校準。其特點在于根據傳統的MEMS工藝，為紅外熱電堆溫度傳感器提供電激勵的同時，能夠利用片上激勵，對熱電堆輸出的信號進行放大，模數/數模轉換和數字處理，從而實現對紅外熱電堆溫度傳感器片上響應率的自測試和自校準。優化了外部環境對熱電堆溫度傳感器響應率的影響，減少了使用片外高精度的設備產生的測試和校準費用。

技術領域

本發明涉及一種針對紅外熱電堆溫度傳感器的自測試和自校準系統，可應用于紅外熱電堆溫度傳感系統內部電路設計中。

背景技術

自然界中的一切物體，只要它的溫度高于絕對溫度(-273℃)就存在分子和原子無規則的運動，其表面就會不斷地發射紅外輻射。并且不同溫度的物體所釋放的紅外能輻射功率是不一樣的，因此通過檢測物體向外發射的紅外輻射功率，探測器單元可以得到物體的溫度。紅外探測器可以將入射輻射信號轉變成電信號輸出的器件，使許多原本人眼察覺不到的熱像轉變成可以察覺和測量的其他物理量，從而加深了對自然界本質的認識。熱電堆紅外探測器是一種非接觸式和非制冷型的紅外探測器，相對于其他紅外探測器來說具有能夠主要檢測恒定輻射量，可對靜態物體進行探測輸出信號，無需偏置電壓，測試放大電路簡單和制備成本低等優點，因此在軍用領域和民用領域得到了較為廣泛的應用。

隨著半導體制造工藝的發展，在微電子制造工藝基礎上吸收融合其它加工工藝技術的MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System)技術逐漸發展起來。同時在器件工藝得到迅速發展的今天，MEMS技術幾乎應用到了各個領域，尤其是要求小尺寸、高精度、高可靠性及低功耗的高科技領域，給人類的生活產生了巨大的變化。同時自MEMS技術引進入紅外探測器制作之后，紅外探測器顯示出了更大的優勢。

然而一方面MEMS器件的參數值可能會因為環境變量(溫度和壓力)和制造工藝變量的變化而變化,同時MEMS傳感器設備的靈敏度是隨環境溫度的變化影響較大的參數，因此現在的MEMS芯片在運用于相應領域前都要利用大型的校準設備進行出廠校準，由此產生了高額的校準費用；另一方面隨著MEMS技術的發展，高度集成的電路被廣泛應用，MEMS除了電激勵外，還需測量聲、光、振動、流體、壓力、溫度或化學等激勵的輸入輸出，因此測試這些電路變得越來越困難，同時產生的測試成本也居高不下。

發明內容

為有效降低MEMS紅外探測器的校準與測試成本并降低其測試難度，本發明提出了一種適用于紅外熱電堆溫度傳感器的自測試和自校準系統，以實現采用系統中的電信號作為測試激勵并在系統中對傳感器的測試響應進行分析與判別，從而實現傳感器系統的片上自測試和自校準。

為了實現以上目的，本發明所提出的系統主要包括：(1)感知紅外輻射的熱電堆和用于提供發熱源的發熱電阻，發熱電阻的供電電壓值由片上數字處理模塊輸出，輸出的數字自測試供電電壓信號經過片上數模轉換器轉換為模擬電壓值連接到發熱電阻一端，發熱電阻的另一端接地，電勢為0；(2)發熱電阻兩端的電壓差通過模數轉換器連接到數字處理模塊的輸入端；(3)熱電堆的響應輸出電壓信號經過放大器和模數轉換器后作為數字處理模塊的輸入端；(4)本地溫度測量電路將探測出的本地溫度信號通過模數轉換器連接到數字處理模塊的輸入端；(5)數字處理模塊接收各個模數轉換器ADC的輸出信號，內部分析和判斷后輸出數字供電電壓到數模轉換器DAC或者直接數據輸出。