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薄膜热释电红外探测器结构及性能介绍
Pyreos公司的红外探测器是基于其*的薄膜热释电探测技术(Thin-Film Pyroelectric Technology),这项技术由德国西门子公司于上世纪九十年代初开发出来,历经十余年的研发和改进,2008年被Pyreos公司收购,并开始大批量生产基于该技术的红外探测器。
薄膜热释电探测器主要用锆钛酸铅铁电薄膜(PZT film)作为光电转换元件,其厚度仅为1um,构成一个微型的光电系统,其产生的电流通过两个电搜集起来。
这种探测器具有以下特点:
薄膜热释电探测器
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带给用户的好处
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灵敏度高,辐射灵敏度可到106 V/W,D*可以达到>1×109,远远高于其他热释电传感器 | 可用来检测更为微弱的信号,提升产品的档次,增强竞争力,降低生产成本 |
噪声低且随着温度升高,噪声依然可以维持在较低水平 | 提高用户系统的信噪比,大幅降低温度对系统的影响 |
频率特性好,响应速度快,可达<5ms (200Hz) | 提高用户系统的响应速度 |
熔点高,约600℃,耐高温 | 无需额外的恒温系统及探测器保护装置,大大提高产品在复杂环境下工作的稳定性 |
探测器的面积可选的范围很宽,从150um×150um到3mm×2mm,封装形式多样化 | 用户有更多选择,系统设计更加灵活 |
光谱响应范围从1.2um-20um | 根据不同应用,客户可选择装配有滤光片的探测器,用于气体检测或光谱分析应用中 |
红外光谱
目前市面上存在两种红外光谱仪:分光红外谱仪和傅立叶变换红外谱仪(FT-IR)。针对这种应用,可以提供两种探测器解决方案:
1. 线阵列型探测器 线性变化红外滤光片(Linear Variable Filter)
目前可提供的标准的线阵探测器包括:128×1,128×2,512×1。红外滤光片的波长范围有近红外1.3-3.2um和中远红外2-20um两种,根据不同应用,选择相应波长范围的LVF滤光片,可直接得到光谱信息。
线阵列探测器
2. 单点探测器
此种探测器主要是针对FT-IR光谱仪。提供不同感光面积的单点探测器,根据客户需求,可选配适当的红外滤光片,滤光片的波长范围:2-20um。
与FT-IR光谱领域常用的DTGS探测器相比,产品具有以下特点:
薄膜热释电探测器
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带给用户的好处
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价格低, 各波段的辐射灵敏度相对DTGS探测器更平坦 | 降低用户的成本的同时不降低性能,有效提高了性价比 |
固态的探测器,不需要额外加光窗 | 降低用户系统复杂性 |
高居里点(500℃),低颤噪声(microphonics),性能稳定,受温度上升的影响小,不需要额外加制冷 | 提高用户系统的稳定性,降低系统复杂性 |
灵敏度D*为1×108@500k,1000Hz;响应度可达到10,000V/W;频率响应范围到3.3kHz | 很好的灵敏度 |
可在探测器前面加Lens,以收集更多的光 | 提高信噪比 |
可更加客户应用的要求,调整探测器的参数,以达到*的性能 | 系统性能进一步提升 |
单点型FT-IR光谱仪探测器
气体检测
目前,针对气体检测领域可以提供薄膜热释电传感器,包括单通道、双通道和四通道的气体传感器。由于这种探测器具有低功耗,探头小巧,灵敏度高,性能稳定,频率响应快等优势,可广泛应用于红外气体检测领域,可用来也制作气体分析仪(含便携式),如检测CO2、CO、CH4、H2S、碳氢化合物、氮氧化合物等。
感光面 |
D*
| Noise | Frequency | Responsivity |
1mm×1mm |
~3.5 x 108 cm√Hz/ W @10Hz
| ~ 0.4mV√Hz/W | 1-30Hz | ~150,000 V/ W @500K, 10Hz |
与其他产品(蓝色)在温度稳定性的对比 与其他产品(蓝色)在工作频率上的对比
以CO2气体检测,带有红外滤光片双通道探测器为例:
| CO2通道 | 参考信号通道 |
Responsivity(500k,10Hz) | ~10,000V/W | ~10,000V/W |
噪声 | ~ 0.4mV√Hz/W | ~ 0.4mV√Hz/W |
Pyreos公司用于气体分析红外传感器
火灾预警,行为监控及客流量计数
可以提供阵列型探测器,如3×3、4×4、4×20等阵列,用于火灾预警,客流量计数等领域。其系统结构如下:
与传统的红外发射、接受的方式相比,如果选择合适焦距的红外镜头,配合不同阵列的红外探测器,不仅能够直接捕捉到由被测物体发射的红外信号(去掉了发射这一步骤),还能够获得包括空间位置等更详细的信息,有助于后续的分析系统作出正确的判断,降低误判率。
用于火灾预警的阵列型探测器
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