[實用新型]基于高聚光菲涅爾透鏡的陶瓷封裝紅外溫度傳感器

有效

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• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN212513344U
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設計）人: 楊明鵬;李言杰;馮李航;楊曉韜
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01J5/02
• 分類號: G01J5/02;G01J5/08;G01J5/14;G01J5/16
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

本實用新型提供一種基于高聚光菲涅爾透鏡的陶瓷封裝紅外溫度傳感器，一包括具有頂部窗口的外殼，安裝在外殼頂部窗口位置的濾光鏡，設置在外殼內的熱電堆芯片、NTC熱敏電阻和ASIC電路模塊，外殼上開有引氣孔和排氣孔，外殼上還設有外部接口，所述外殼采用陶瓷封裝外殼，所述濾光鏡采用高聚光菲涅爾透鏡，陶瓷封裝外殼底部設置位置可調的陶瓷封裝板，所述熱電堆芯片、NTC熱敏電阻和ASIC電路模塊設置在陶瓷封裝板上。具有視場大，測距遠，可調焦，成本低，體積小，精度高，隔熱性能好，抗干擾能力強等優(yōu)點。

技術領域

本實用新型屬于紅外溫度傳感器技術領域，特別是涉及到一種基于高聚光菲涅爾透鏡的陶瓷封裝紅外溫度傳感器。

背景技術

自然界中一切高于絕對零度的物體都可向外輻射能量，物體輻射能量的大小及輻射波的波長分布與它的表面溫度存在密切聯(lián)系，物體溫度越高，所發(fā)出的紅外輻射能力越強，紅外測溫技術應用廣泛。紅外測溫技術在生產(chǎn)過程監(jiān)測，產(chǎn)品質量控制，設備在線故障診斷，節(jié)約能源等方面發(fā)揮著重要作用。與接觸式測溫相比，紅外測溫具有響應快、非接觸、安全及壽命長等優(yōu)點。近年來，為避免水銀體溫計對環(huán)境的污染，非接觸紅外人體測溫儀在技術上也得到迅速發(fā)展，其性能不斷完善，功能不斷增強，品種不斷增多,適用范圍也不斷擴大。紅外溫度傳感器可將紅外輻射能量轉換成電信號，是紅外測溫技術的核心部件。

目前，紅外溫度傳感器的紅外鏡頭常選用紅外帶通或長通濾光片，此類濾光片能濾除待測物體和環(huán)境物體發(fā)出的紅外波段以外的干擾光，同時使得檢測波段的紅外光透過，輻射至熱電堆的感應區(qū)。但是，紅外濾光片不能獨立調節(jié)傳感器視場角大小，需同窗口及熱電堆芯片等結構共同作用完成傳感器視場角大小的調節(jié)。此外，裝配此類濾光片的傳感器探測距離較近，視場角較小。

菲涅爾透鏡多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，鏡片表面由一系列鋸齒型凹槽組成，中心部分為橢圓型弧線。每個凹槽都與相鄰凹槽之間角度不同，但都將光線集中于一處，形成中心焦點。每個凹槽都可以看做一個獨立的小透鏡，把光線調整成平行光或聚光。此外，菲涅爾透鏡還能夠消除部分球形像差。多數(shù)情況下，菲涅爾透鏡相當于凸透鏡，效果較好，但成本相對于普通凸透鏡及傳統(tǒng)紅外濾光片低很多。

如今，熱電堆紅外傳感器以塑料封裝為主，塑料封裝具有價格低廉、重量尺寸較小等優(yōu)點，但其熱膨脹系數(shù)不匹配、導熱率低、抗腐蝕能力差等缺點導致了熱電堆紅外傳感器受環(huán)境影響較大。

上述紅外溫度傳感器存在以下缺陷：

（1）紅外濾光片不具有聚焦作用，不能直接調節(jié)傳感器的視場角大小，需要同窗口等結構共同作用來完成視場角大小的調節(jié)。

（2）透過紅外濾光片的光波是分散的，所需熱電堆感應面積相對較大，熱電堆芯片進一步微型化較難。

（3）探測距離有限，探測視場較窄。

（4）傳統(tǒng)打磨光學器材的紅外帶通光學濾光片造價昂貴。

（5）塑料封裝由于其結構強度不夠，難以對其內部進行抽真空處理，傳感器的熱量流失較大；其次其熱膨脹系數(shù)不匹配、導熱率低、抗腐蝕能力差等缺點導致了熱電堆紅外傳感器受環(huán)境影響較大。

發(fā)明內容

鑒于現(xiàn)有技術存在的缺陷，本實用新型提供一種基于高聚光菲涅爾透鏡及陶瓷封裝的數(shù)字式紅外溫度傳感器。

為實現(xiàn)上述目，本實用新型的具體技術方案如下：

一種基于高聚光菲涅爾透鏡的陶瓷封裝紅外溫度傳感器，包括具有頂部窗口的外殼，安裝在外殼頂部窗口位置的濾光鏡，設置在外殼內的熱電堆芯片、NTC熱敏電阻和ASIC電路模塊，外殼上開有引氣孔和排氣孔，外殼上還設有外部接口，所述外殼采用陶瓷封裝外殼，所述濾光鏡采用高聚光菲涅爾透鏡，陶瓷封裝外殼底部設置位置可調的陶瓷封裝板，所述熱電堆芯片、NTC熱敏電阻和ASIC電路模塊設置在陶瓷封裝板上。