CMOS兼容自对准微机械热电堆红外探测器

第30卷 第10期光 学 学 报

V ol.30,No.102010年10月

ACTA OPTICA SINICA

October,2010

文章编号:0253 2239(2010)10 2817 04

CMOS 兼容自对准微机械热电堆红外探测器

徐德辉

1,2

熊 斌1 王跃林

1

1

中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术国家重点实验室,微系统技术国家重点实验室,上海200050

2

中国科学院研究生院,北京100049

摘要 微机械热电堆红外探测器由于无需致冷,后续检测电路简单,成本低等优点在许多领域得到了广泛应用。提出了一种采用互补金属氧化物半导体(CM O S)兼容技术及自对准工艺制作的微机械热电堆红外探测器,以减小微机械热电堆红外探测器的工艺复杂度,减小微小释放孔结构的制作难度。和传统的微机械热电堆红外探测器相比,自对准微机械热电堆红外探测器的释放孔大小是由多晶硅热电偶臂之间的间距确定,而不是由光刻工艺确定。为研究自对准微机械热电堆红外探测器性能和热电堆结构之间的关系,设计并制作了两种不同结构的自对准微机械热电堆红外探测器。测试结果表明方形热电堆结构可以获得大的输出电压及响应率,圆形热电堆结构则可以获得快的响应和大的探测率。

关键词 探测器;微机械热电堆;红外探测器;自对准;CM OS 兼容;微机电系统

中图分类号 T N 379;T N 403 文献标识码 A doi :10.3788/AOS 20103010.2817

CMOS Compatible Self Aligne d Micromachine d Thermopile IR Detector

Xu Dehui 1,2 Xio ng Bin 1 Wang Yuelin 1

1

St at e Key La bor at or y of T r a n sducer T echn ology ,Scien ce a nd T echn ology on Micr o system

L abor at or y ,Shan ghai In st itu te of M icr osy st em a nd In for m a tion T echn ology ,

Chinese Academ y of Scien ces ,S ha n gha i 200050,Chin a

2

Gr a du a te U niv er sity of Chinese Aca dem y of S ciences ,Beijin g 100049,China

Abstract Due to its advantages of uncooling,ease of operation and low cost,mic romachined thermopile infrared (IR)detectors have a broad applic ation.A novel complementa ry metal oxide semiconductor (CMO S)compa tible self a ligned mic romachined thermopile IR detector is proposed to reduce the fabrication complication and fabric ation diffic ulty of micro etching https://www.wendangku.net/doc/a62792587.html,pared with conventional micromachined therm opile IR detectors,the etching windows in the self aligned therm opile structure are determined by space between polysilic on thermocouple legs rather than by photolithogra phic processing.Two types of therm opile structures are designed and fabricated in order to study the influence of device struc t ure on IR detector performanc e.Experimental results show that the rectangular thermopile structure has a higher output voltage and responsivit y,whereas the circular IR detector exhibits a smaller response time and a higher specific detectivity.

Key wo rds detector;mic romachined thermopile;IR detector;self aligned;CMO S compatible;MEMS

收稿日期:2010 06 22;收到修改稿日期:2010 08 03

作者简介:徐德辉(1985 ),男,博士研究生,主要从事红外M EM S 器件方面的研究。E mail:dehuixu@https://www.wendangku.net/doc/a62792587.html, 导师简介:熊 斌(1962 ),男,研究员,博士生导师,主要从事M EM S 技术、CM OS M EM S 技术与器件等方面的研究。E mail:bx io ng @https://www.wendangku.net/doc/a62792587.html,

1 引 言

红外探测技术总体上可以划分为光子红外探测和热红外探测[1,2]。和光子红外探测技术相比,热红外探测技术一般性能指标偏低,但热红外探测技术可以实现非致冷室温红外探测,从而可以减小红

外探测系统的体积、能耗和成本[3]。近年来,随着微电子机械系统(M EM S)技术的发展,低成本的红外探测器的批量制作成为可能,微机械热红外探测器

也得到广泛关注和研究[3~10]。

微机械热电堆红外探测器利用塞贝克效应实现

光 学 学 报30卷

红外-沣热-沣电之间的转换,探测器产生的温差电动势是自激励信号,所以微机械热电堆红外探测器工作时无需偏置和斩波,工作环境温度对探测器的影响也较小,探测器的后续处理电路也较简单[1,8,9]。为了减小探测器的体积,微机械热电堆红外探测器研究的一个热点是采用前端硅腐蚀技术制作微机械热电堆结构[8,9]。传统前端腐蚀微机械热电堆红外探测器一般采用最后一步光刻工艺光刻出微机械热电堆结构的释放孔,然后通过刻蚀制作硅腐蚀所需的释放孔。由于释放孔是通过光刻定义,制作微小释放孔的难度很大。此外,综合考虑光刻对准误差和释放孔刻蚀时的横向腐蚀,热电偶侧壁一般都会有2~3 m 的介电层以保护多晶硅热电偶结构在硅腐蚀释放工艺中不会被腐蚀,热电偶的热阻也就不能进一步的减小。为了解决上述问题,本文设计并制作了一种自对准结构微机械热电堆红外探测器,并对器件的性能进行了测试。

2 自对准探测器结构制作

为了进一步降低探测器的成本,采用互补金属氧化物半导体(CM OS)兼容工艺制作自对准微机械热电堆红外探测器,CM OS 工艺中的多晶硅/铝作为热电堆中的热电偶敏感单元,微机械热电堆的释放和热隔离采用二氟化氙(XeF 2)气相干法腐蚀以消除湿法腐蚀中的微结构粘附问题[2,9]

。XeF 2腐蚀硅衬底释放热电堆结构后,氧化硅/氮化硅(SiO 2/Si 3N 4)薄膜支撑着悬浮的热电堆结构。由于CM OS 介电薄膜在红外波段表现出一定的吸收能力[9,10],SiO 2/Si 3N 4薄膜还直接作为热电堆探测器吸收区的红外吸收材料以减小探测器的工艺复杂度。器件的工艺流程如图1所示,详细制作工艺为:

1)在抛光的硅片上,通过低压化学气相沉积方法(LPCVD)依次沉积一层0.1 m Si 3N 4,0.5 m SiO 2和1 m 多晶硅(Polysilicon)。多晶硅离子注入掺杂后,通过反应离子刻蚀(RIE)刻蚀多晶硅,形成多晶硅热电偶臂,如图1(a)所示。

2)通过光刻和H F 腐蚀,将多晶硅热电偶臂之间的SiO 2去除,形成释放孔结构,如图1(b)所示。

3)采用高温氧化工艺,在多晶硅四周生长一层0.5 m SiO 2,并同时激活多晶硅中的掺杂离子。SiO 2的包裹保护多晶硅在后续硅腐蚀工艺中不被XeF 2气体腐蚀,如图1(c)所示。

4)利用150 磷酸(H 3PO 4)将Si 3N 4去除,由

于H 3PO 4高腐蚀选择比,多晶硅和SiO 2都不会被

腐蚀,只有多晶硅热电偶臂之间的Si 3N 4被腐蚀,从而将释放孔处的硅衬底露出,如图1(d)所示。5)在多晶硅热电偶臂上刻蚀出接触孔,溅射1 m 铝,并对铝进行图形化,形成多晶硅/Al 热电偶,如图1(e)所示。

6)利用XeF 2气体从芯片前端的释放孔腐蚀硅衬底,释放悬浮热电堆结构,对热电堆结构进行热隔离,如图1(f)所示。

图1自对准微机械热电堆红外探测器工艺流程F ig.1F abricatio n flow chart o f self aligned micr omachined thermo pile IR detector

从器件的制作流程可以看出释放孔大小完全由多晶硅热电偶臂之间的间距确定,而不是由光刻确定,释放孔的制作实现了自对准,故制作微小释放孔的难度大大降低。并且热电偶侧壁只有一层热氧化工艺生长的0.5 m SiO 2,侧壁介电薄膜对热电偶热导的影响也降到最低。

3 结果与讨论

为了研究探测器性能与热电堆结构的关系,分别设计并制作了方形热电堆结构和圆形热电堆结构。两种结构的吸收区面积和热电偶长度都设计为0.16mm 2

和600 m,以比较两种结构的性能。方形结构有64对热电偶,圆形结构有60对热电偶,器件的SEM 图片如图2所示。多晶硅热电偶臂在释放后都完整,多晶硅没有被侧向腐蚀,表明氧化生长的0.5 m SiO 2在XeF 2硅腐蚀工艺中实现了对多

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10期徐德辉等: CM O S 兼容自对准微机械热电堆红外探测器

晶硅的保护。此外,从图2(b)可以明显看出圆形热电堆结构上的圆弧形横向硅衬底腐蚀痕迹,展示了XeF 2气体对硅各向同性腐蚀特性。由于XeF 2腐蚀的开口效应,释放孔的最小尺寸设计为3 m 以减

小热电堆结构释放时间。

图2(a)方形和(b)圆形微机械热电堆红外探测器

结构的SEM 照片

F ig.2SEM pictures of (a)r ectang ular and (b)cir cular

micro machined ther mopile IR detecto rs

3.1 器件电学特性

热电堆探测器的电阻通过I V 测试确定,测试结果如图3所示,测试结果表明方形热电堆和圆形热电堆的电阻值分别为290k 和132k 。对于热电堆红外探测器,热噪声是其主要噪声来源,热噪声图3方形和圆形热电堆I V 曲线

F ig.3I V curv es o f rectang lar and cir cular ther mopile

的表达式为[1]

V n =

4kTR elec f ,

(1)

式中k 是玻耳兹曼常数(1.38!10-23

J/K),T 是工作环境温度,R elec 是热电堆探测器的电阻值, f 是工作带宽。根据(1)式可以计算出方形热电堆探测器和圆

形热电堆探测器的工作噪声分别为69.2nV/H z 1/2和46.8nV/H z 1/2

。

3.2 器件红外特性

热电堆红外探测器的红外特性测试平台包括黑体炉用来产生红外辐射,机械斩波器对红外辐射信号进行调制,热电堆红外探测器的响应电压在放大后通过示波器进行观察和数据保存。探测器的测试都是在室温,常压大气环境下进行。

对于4H z 斩波的500 黑体辐射,探测器和黑体炉间距为15cm 时,方形探测器和圆形探测器的放大响应波形如图4所示。方形探测器和圆形探测器都正常工作,并且方形探测器的响应电压要略高于圆形探测器。通过改变探测器和黑体炉的间距,可以调整探测器所接收的红外辐射信号强度,从而测试探测器的线性响应特性。测试结果如图5所示,两种结构的探测器都表现出良好的线性响应特性。

图4圆形和方形探测器红外响应

F ig.4IR r espo nse of r ect ang ular and circular detector s

图5方形和圆形结构的线性响应Fig.5Linear response o f rectangular and

cir cular structures

热电堆红外探测器的响应率(R s )可通过计算单位红外辐射功率所产生的电压信号输出获得,即[1]

R s =

V out

!0A D

,(2)

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光 学 学 报30卷

式中V out为热电堆探测器的输出电压,!0为红外辐

射的功率密度,A D为热电堆吸收区的面积。红外探

测器的噪声等效功率(P NE)表征了探测器输出电压

等于探测器本身的噪声电压时所需的红外辐射功

率,其表达式为

P NE=V n/R s.(3)

探测器的探测率可用来比较不同探测器的性能,其

计算公式为[1]

D*=R s A D

4kT R elec f

.(4)

表1给出了根据(2)~(4)式计算确定的自对准

微机械热电堆红外探测器性能指标。其中,响应时

间是通过测量4H z斩波频率时探测器响应值上升

到最大响应值的63%所需时间确定。

表1热电堆探测器的红外性能参数

T able1IR perfo rmance par amet ers of thermo pile detecto r

D ev ice st ructur e

R s/

(V/W)

P NE/

(nW/H z1/2)

D*/

[(cm?H z1/2)/W]

?/

ms

rectang ular43.5 1.59 2.51!10714.1 circular38.1 1.23 3.25!10712.6 和圆形热电堆红外探测器相比,方形热电堆红外探测器具有更高的响应率、噪声等效功率和响应时间,更低的探测率。由于圆形热电堆结构中的扇形热电偶结构,圆形热电堆结构具有更低的电阻和热阻,所以圆形探测器表现出小的响应率,噪声等效功率和响应时间。从(4)式可见,探测率是由噪声和响应率两者同时确定,虽然方形结构的响应率较大,但其噪声也大,并且方形结构热电堆响应率的增加并没有超过其噪声电压的增加,所以方形结构比圆形结构表现出更小的探测率。

尽管探测器的吸收区直接采用SiO2/Si3N4作为红外吸收材料,而没增加其他红外吸收材料,自对准红外探测器还是表现出了和商用微机械热电堆红外探测器TPS334相接近的性能,T PS334的响应率为35V/W,等效噪声功率为1.2nW/H z1/2,探测率为6!107(cm?H z1/2)/W,时间常数为25m s。

4 结 论

采用CM OS兼容工艺和XeF2腐蚀工艺,设计并制作了两种自对准微机械热电堆红外探测器。在自对准制作工艺中,探测器的释放孔大小不是由光刻确定,而是由多晶硅热电偶之间的间距决定,从而能够减小制作微小释放孔的难度。自对准微机械热电堆红外探测器的测试结果表明圆形热电堆结构具有更小的响应时间和更高的探测率,而方形结构则具有更高的响应率和噪声等效功率。提出的自对准制作工艺不仅可用于微机械热电堆红外探测器,也可以用于其它微机械电子系统器件,如热对流器件和热电能源收集器等。

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双鉴红外探测器工作原理

微波—被动红外复合的探测器，它将微波和红外探测技术集中运用在一体。在控制范围内，只有二种报警技术的探测器都产生报警信号时，才输出报警信号。它既能保持微波探测器可靠性强、与热源无关的优点又集被动红外探测器无需照明和亮度要求、可昼夜运行的特点，大大降低探测器的误报率。这种复合型报警探测器的误报率则是单技术微波报警器误报率的几百分之一。简单的说，就是把被动红外探测器和微波探测器做在了一起，主要是提高探测性能，减少误报。除此之外，市场上也有把微波和主动红外、振动探测器、声音探测器等组合的产品，大家可参考说明书了解。 被动红外探测技术是一探测人体红外辐射与背景物体（墙、家具、树木、地形等）红外辐射相比较而产生的差异部分依据的，背景红外辐射量往往是微弱而稳定的。入侵者（包括各种动物在内）的红外辐射量往往是大的，可以引起警报信号。如果只用一种技术进行探测，各种动物（如狗、猫、老鼠等）及各种非动物的红外辐射源（如暖气、强灯光、太阳光等）往往也会引起警报的，这种报警是符合工作原理的，专门从事双技术探测器研究的科研人员，将微波探测技术和被动红外探测技术组合在一个机壳里构成一种入侵探测器。组成的这种双技术探测器，都选用了不同的工作原理的两种技术组合在一起，使从工作原理上无法避免的误报警的到了抑制。因为双技术探测器要求两种技术都提供报警信息时，才提供一个触发报警信息。其中任何一种提供报警信息，都不触发报警。因此使误报问题得到有效的控制，同时也扩大了探测器的使用范围 微波红外复合探测器的内部结构 下图中是一款有线红外微波复合探测器，其中最上端部分为信号接收、信号处理、信号输出部分；中间为微波探测，下端为红外探测；

红外探测器原理

红外探测器原理 安防2007-10-16 10:17:07 阅读888 评论3 字号：大中小订阅 被动红外探测器 凡是温度超过绝对0℃的物体都能产生热辐射，而温度低于1725℃的物体产生的热辐射光谱集中在红外光区域，因此自然界的所有物体都能向外辐射红外热。而任 何物体由于本身的物理和化学性质的不同、本身温度不同所产生的红外辐射的波 长和距离也不尽相同，通常分为三个波段。 近红外：波长范围0.75～3μm 中红外：波长范围3～25μm 远红外：波长范围25～1000μm 人体辐射的红外光波长3～50μm，其中8～14μm占46%，峰值波长在9.5μm。㈠被动红外报警探测器 在室温条件下，任何物品均有辐射。温度越高的物体，红外辐射越强。人是恒温动物，红外辐射也最为稳定。我们之所以称为被动红外，即探测器本身不发 射任何能量而只被动接收、探测来自环境的红外辐射。探测器安装后数秒种已适 应环境，在无人或动物进入探测区域时，现场的红外辐射稳定不变，一旦有人体 红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号，而发出警报 。被动红外入侵探测器形成的警戒线一般可以达到数十米。 被动式红外探测器主要由光学系统、热传感器（或称为红外传感器）及报警 控制器等部分组成。其核心是不见是红外探测器件，通过关学系统的配合作用可 以探测到某个立体防范空间内的热辐射的变化。红外传感器的探测波长范围是8～14μm，人体辐射的红外峰值波长约为10μm，正好在范围以内． 被动式红外探测器（Passive Infared Detector，PIR）根据其结构不同、警 戒范围及探测距离也有所不同，大致可以分为单波束型和多波束型两种。单波束PIR采用反射聚焦式光学系统，利用曲面反射镜将来自目标的红外辐射汇聚在红外传感器上。这种方式的探测器境界视场角较窄，一般在5°以下，但作用距离较远，可长达百米。因此又称为直线远距离控制型被动红探测器，适合保护狭长的走廊、通道以及封锁门窗和围墙。多波束型采用透镜聚焦式光学系统，目前大都采 用红外塑料透镜——多层光束结构的菲涅尔透镜。这种透镜是用特殊塑料一次成

多阵列热电堆红外传感器市场调研

多阵列热电堆红外传感器 市场调研报告 1. 前言 目前，全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。 2. 热电堆红外传感器市场应用领域： 热电堆红外传感器应用领域为：根据热电堆红外传感器功能特点，它可广泛应用于照明系统、空调系统、HVAC供热系统、门禁系统、安防系统、家居智能、环境监测、汽车倒车、预防检测、消防、国防、医疗、制程控制，实现设备的自动测量与控制。 3. 红外传感器的出厂价 3.1 淘宝网的单价 Perkinelmer 红外热电堆传感器A2TPMI334-L5.50AA300 单价：320元（不含运费） Perkinelmer 红外热电堆传感器A2TPMI334-L5.50AA180 单价：280元（不含运费） ZTP-135SR 热电堆GE红外传感器单价：15元（不含运费） 3.2 供应商咨询单价 建筑安防、红外感应门中用到的红外传感器的出厂价在18元左右。 自动冲厕中的红外传感器的出厂价在50元左右。

3.3 对附件中的供应商调查 3.3.1品牌为PerkinElmer 型号为dTPAM16A L3.9（详细参数请参见其规格书）TPA16T L5.5（详细参数请参见其规格书）价格约为60美金（不含税）,起定量20pcs.离岸价,不含运费和税. 建议：用于空调节能器中的传感器型号为：TPIL 8T 2246 L3.9 OAA 060(Part Number :9638 4TBD)，详细参数请参见其规格书。价格约为10美元左右（不含税）. 公司也做安防，红外感应门，自动冲厕，其中前两项用到的传感器价格在一美元以下，自动冲厕的红外传感器的单价为50美元左右（不含税）。 格力、美的、松下都有使用热电堆红外感应器，具体使用领域目前不清。 3.3.2品牌HEIMANN Sensor 型号为32*31，单价为100美金，此款有客户购买，但未成熟；型号为64*62，没推出市场，单价会更高。（详情请参见规格书） 供应商建议我们采用16*4（详情请参见规格书），单价为30美金（不含税）。 热电堆红外传感器在测试过程中可以人体成像，对于红外阵列应用有详细介绍，（详情请参见规格书） 对于其竞争对手的评价，认为GE品牌属于单点市场，松下所售热电堆红外传感器能感应到人进来，但不能识别进来多少人。 备注：对于各厂家目前的年销量暂时无法知道，据了解目前使用热电堆红外传感器的厂家有松下，美的，索尼，三星，但都未实际推出市场。

主动红外与被动红外探测器的区别及应用

主动红外与被动红外探测器的区别及应用 主动红外入侵探测器是由发射机和接收机组成，发射机是由电源、发光源和光学系统组成，接收机是由光学系统、光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。 主动红外探测器是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经过调制的红外光束（此光束的波长约在0.8～0.95微米之间）， 经过光学系统的作用变成平行光发射出去。此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号，经过电路处理后传给报警控制器。 由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条警戒线。正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡， 接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。目前此类探测器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。 一般应用在周界防范居多，最大的优点就是防范距离远，能达到被动红外的十倍以上探测距离。 被动红外探测器主要是根据外界红外能量的变化来判断是否有人在移动。人体的红外能量与环境有差别，当人通过探测区域时，探测器收集到的这个不同的红外能量的位置变化，进而通过分析发出报警。 但外界环境是：不但人体会发出红外能量，许多物体在一定的条件下都会散发红外能量，而在可见光中这种能量尤其突出，所以任何被动红外探测器的抗白光干扰就成了一个重要的指标。在室内光线稳定、红外能量比较恒定的情况下，这种探测方式表现非常好。但室外情况就不同了，长期以来被动红外红外探测在室外只有极少数厂家才能做到。正所谓室内室外一小步，科技含量三大步。 主动红外探测器设备选择 1．根据防范现场最低、最高温度及其持续时间，选择工作温度与之适合的主动红外入侵探测器；若环境温度过低可使用专用加热器以保证探测器的正常工作。 2．主动红外入侵探测器受雾影响严重，室外使用时均应选择具有自动增益功能的设备（此类设备当气候变化时灵敏度会自动调节）；另外，所选设备的探测距离实际警戒距离留出20%以上的余量，以减少气候变化引起系统的误报警。 3．在室外使用时一定要选用双光束或3光束主动红外入侵探测器，以减少小鸟、落叶等引起系统的误报警。 4．主动红外入侵探测器中所用红外发光二极管波长分别在0.85μm 和0.95μm附近。前者有红曝现象产生，其隐蔽性不如后者好。 5．多雾地区、环境脏乱风沙较大地区的室外不宜使用主动红外入侵测器。 6．在空旷地带或在围墙上、屋顶上使用主动红外入侵探测器时，应选择具有避雷功能

各种探测器介绍说明资料讲解

报警系统由哪几部分组成？ 简单的报警系统由前端探测器、中间传输部分和报警主机组成。大一些的系统也可将探测器和报警主机看做是前端部分，从报警主机到接警机之间是传输部分，中心接警部分看做是后端部分。 报警系统按信息传输方式不同，可分哪几种？ 按信息传输方式不同，从探测器到主机之间可分为有线和无线2种。从主机到中心接警机之间也可分为有线和无线2种，其中有线系统还可分为基于电话线传输和基于总线传输2种类型。 探测器分为哪几种类型？市面上常见的有哪些类型？ 红外、微波、震动、烟感、气感、玻璃破碎、压力、超声波等等。其中红外探测器还可分为主动红外和被动红外，烟感还可分为离子式和光电式。市面上常见的有红外探测器（被动红外）、对射、栅栏（主动红外）、双鉴探测器、震动探测器、玻璃破碎探测器。 主动红外探测器的工作原理？ 主动红外探测器由红外发射器和红外接收器组成。红外发射器发射一束或多数经过调制过的红外光线投向红外接收器。发射器与接收器之间没有遮挡物时，探测器不会报警。有物体遮挡时，接收器输出信号发生变化，探测器报警。 被动红外探测器工作原理？ 被动红外探测器中有2个关键性元件，一个是菲涅尔透镜，另一个是热释电传感器。自然界中任何高于绝对温度（-273o）的物体都会产生红外辐射，不同温度的物体释放的红外能量波长也不同。人体有恒定的体温，与周围环境温度存在差别。当人体移动时，这种差别的变化通过菲涅尔透镜被热释电传感器检测到，从而输出报警信号。 微波探测器工作原理？ 微波探测器应用的是多普勒效应原理。在微波段，当以一种频率发送时，发射出去的微波遇到固定物体时，反射回来的微波频率不变，即f发=f收，探测器不会发出报警信号。当发射出去的微波遇到移动物体时，反射回来的微波频率就会发生变化，即f发≠f收，此时微波探测器将发出报警信号。 什么是双元红外探测器？什么是四元红外探测器？

基于热电堆红外探测器的非接触人体表面温度测量系统

基于热电堆红外探测器的非接触人体表 面温度测量系统 1 技术指标 设计一个非接触人体表面温度系统，要求： （1）通过热电堆TP337A来探测人体表面的温度； （2）由LED数码管显示测量的温度，要求显示温度精度能够达到0.1℃； （3）可以连续测量人体表面或环境温度。 其整体方案如图1所示： 图1 系统硬件设计原理图

2 设计方案及其比较 通过技术指标中的硬件设计的原理，及设计要求，提出了以下三种设计方案 2.1 方案一 采用TPS333热电堆设计电路，热反应堆和放大部分，如图2所示，由于热电堆直接 测量产生的电压范围只有几毫伏到几十毫伏，无法由A/D转换芯片PTCF8591直接处理，需要经过放大处理，又因为需要将电压信号放大一千倍，如果采用一级放大会出现零点 漂移等一系列的问题，且放大信号有很强的干扰，所以选择了两级放大。 图 2 方案一红外与放大模块的设计 2.2 方案二 在调试方案一时，电路仍然出现了不稳定的现象，零飘等现象仍然存在一些，说明电 路仍然不稳定，为此在方案一的基础的上提出了方案二，如图3，方案一与方案的二的区 别在于在两级放大电路的中间加了一个电容，其作用是消除零飘，滤波等一系列作用。

图 3 方案二红外与放大模块的设计 2.3 方案三 为了更强劲的抑制零点漂移和抑噪声与干扰的能力，方案三在放大部分采用的是差分放大电路，如图4所示： 图4 方案三放大电路模块

3 实现方案 3.1电路原理 通过将三种方案进行对比，得出方案二电路的性能更加稳定，且电路简单，所以实 现方案采用方案二。实现的电路图如图3所示，对于热电堆部分，因为红外温度测量技术的最大的优点是测量速度快，1秒内就可测试完毕，由于它只接受人体对外发射的红外辐射，没有任何其他物理和化学因数作用于人体，所以对人体无任何伤害，在方案中采用 的是TPS333热电堆，由于热电堆直接测量产生的电压范围只有几毫伏到几十毫伏，无法 由A/D转换芯片PTCF8591直接处理，需要经过放大处理，又因为需要将电压信号放大 一千倍，如果采用一级放大会出现零点漂移等一系列的问题，且放大信号有很强的干扰，所以选择了两级放大。在两级放大电路的中间加入一个电容为了的使电路更加稳定，起 滤波的作用。其放大的倍数为R5 R4?R6 R7 。系统的硬件由单片机模块、TPS-333温度传感器模 块、LM358电压信号放大器模块、A/D转换模块、LED数码管显示模块，硬件的设计流 程是TPS-333红外温度传感器将红外信号转换为电压信号，由于输出的电压信号很微弱，所以采用LM358组成的运算放大器进行前置放大，然后将放大的电压信号发送到由 PCF8591组成的A/D转换电路，再将转换后得到的数字信号送至单片机进行处理，最后 将处理后的结果送至LCD数码管显示屏进行实时温度的显示， 3.2 电路元件的选择 表 1 实验所用器件

中远红外探测器发展动态

中远红外探测器发展动态 1 红外光电探测器的的历史 红外探测成像具有作用距离远、抗干扰性好、穿透烟尘雾霾能力强、可全天候、全天时工作等优点在军用和民用领域都得到了极为广泛的应用按照探测过程的物理机理，红外探测器可分为两类即热探测器和光电探测器。光电探测器的工作原理是目标红外辐射的光子流与探测器材料相互作用，并在灵敏区域产生内光电效应。因具有灵敏度高、响应速度快的优点，光电探测器在预警、精确制导、火控和侦察等红外探测系统中得到广泛应用。 红外焦平面阵列可探测目标的红外辐射，通过光电转换、电信号处理等手段，可将目标物体的温度分布图像转换成视频图像，是集光、机、电等尖端技术于一体的红外光电探测器H。目前许多国家，尤其是美国等西方军事发达国家，都花费大量的人力、物力和财力进行此方面的研究与开发，并获得了成功。红外光电探测器研究从第一代开始至今已有40余年历史，按照其特点可分为三代。第一代(1970s～1980s)主要是以单元、多元器件进行光机串／并扫描成像，以及以4×288为代表的时间延迟积分(TDI，time delay integration)类扫描型(scanning)红外焦平面列阵。单元、多元探测器扫描成像需要复杂笨重的二维、一维扫描系统结构，且灵敏度低。第二代红外光电探测器是小、中规格的凝视型(staring)红外焦平面列阵。M×N凝视型红外焦平面探测元数从1元、N元变成M×N元，灵敏度也分别从l与N1/2增长M×N1/2倍和M1/2。而且，大规模凝视焦平面阵列，不再需要光机扫描，大大简化整机系统。 目前，正在发展第三代红外光电探测器。探测器具有大面阵、小型化、低成本、双色(two-color)与多色(multi-color)、智能型系统级灵巧芯片等特点，并集成有高性能数字信号处理功能，可实现单片多波段融合高分辨率探测与识别。因此，本文将重点综述三代红外光电探测器的材料体系及其研究现状，并分析未来红外光电探测器的材料选择及发展趋势。 2 三代探测器的材料体系与发展现状 红外光电探测器的材料很多，但真正适于发展三代红外光电探测器，即响应波段灵活可调的双色与多色红外焦平面列阵器件的材料则很少。目前，主要有传统的HgCdTe和QWIPs，以及新型的二类SLs和QDIPs，共四个材料体系。作为

主动红外入侵探测器原理与应用

主动红外入侵探测器原理与应用 主动红外入侵探测器由主动红外发射机和主动红外接收机组成，当 发射机与接收机之间的红外光束被完全遮断或按给定百分比遮断时能产生报警状态的装置，叫主动红外入侵探测器。 主动红外发射机通常采用红外发光二极管作光源，其主要优点是体积小、重量轻、寿命长，交直流均可使用，并可用晶体管和集成电路直接驱动。现在的主动红外入侵探测器多数是采用互补型自激多谐振荡电路作驱动电源，直接加在红外发光二级管两端，使其发出经脉冲调制的、占空比很高的红外光束，这既降低了电源的功耗，又增强了主动红外入侵探测器的抗干扰能力 主动红外接收机中的光电传感器通常采用光电二极管、光电三极管、硅光电池、硅雪崩二极管等，按GBl0408．4—2000《入侵 探测器第 4 部分：主动红外入侵探测器》规定：“探测器在制造厂商 规定的探测距离工作时，辐射信号被完全或按给定百分比遮光的持续时间大于40ms时，探测器应产生报警状态。”目前市售的主动红外入侵探测器均给出最短遮光时间范围，例如：某品牌的主动红外入侵探测器最短遮光时间范围是30m—600ms为什么要给出一个范围呢？原因是不同的使用部位可以设定（调节）不同的最短遮光时间，这有益于减少系统的误报警。例如：将主动红外入侵探测器构成电子篱笆警戒时，就应将最短遮光时间调至30ms附近；用在围墙上或围墙内侧警戒时，就应将 最短遮光时间调至600ms附近。具体数值使用者可通过试验确定主动红外发射机所发红外光束定发散角，在GBI0408.4 —2000 标准中规定：“室内使用时，发射机与接收机经正确安装和对准，并工

作在制造厂商规定的探测距离，辐射能量有75%。被持久地遮挡时，接收机不应产生报警状态。”从另一角度理解这句话的意思就是：当接收机接收的能量小于25%时，系统就要产生误报警。为了减少由此引起的误报警，安装使用中应让发射机与接收机轴线重合。 目前，除单光束主动红外入侵探测器外，还有双光束和4光束的。工作原理是：当两光束完全或按给定百分比同时被遮断时，探测器即可进入报警状态。这种主动红外入侵探测器可以减少小鸟、落叶等引起系统的误报警。市售的双光束主动红外入侵探测器有两类，一类是采用双边凹透镜结构的，此结构的探测器两光束之间距离较近，一般只在10cm左右。若上下各用一组双边凹透镜，即构成了4光束主动红外入侵探测器。再一类就是采用两对红外发射和红外接收装置构成的双光束主动红外入侵探测器。该探测器上下两光束距离可达20cm—25cm又称同步型双光束主动红外入侵探测器。 应用探讨：

双鉴探测器的原理及应用

双鉴探测器的原理及应用 所谓双鉴探测器，是指将两种不同技术原理的探测器整合成一体，当两种探测器都报警时才发出报警的装置。该类探测器是入侵探测器的一种，它兼具两种探测器的优点，误报警率显著降低。 目前，市面主流的双鉴探测器是用微波（或超声波）和被动红外等两种技术复合的探测器。本文介绍双鉴探测器的原理，探讨了导致失效或误报警的原因。 1 原理概述 1.1 微波（或超声波）探测的原理 微波探测是利用“多普勒效应”实现目标探测。 1）多普勒效应 1842年，奥地利科学家多普勒发现：当声音、光和无线电波等振动源相对于观测者运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。这种效应被称为“多普勒效应”。 由“多普勒效应”引起的频率变化叫做“多普勒频移”，它与相对速度成正比、与振动的频率成反比，这被称为多普勒原理。 2）微波（或超声波）探测的原理 微波探测的原理是，探测器持续发射微波，并接收发射回来的微波信号。当探测区有目标移动时，利用多普勒原理，即可实现目标探测。 微波探测器的灵敏度取决于： ●目标的移动速度； ●目标的外形大小； ●目标发射能力； ●目标与探测器之间的距离 微波探测器会根据频率改变的大小来产生相应强度的探测信号。一般来说，探测灵敏度取决于目标的外形大小以及与探测器的距离。目标越大，距离越短，探测灵敏度就越高。 图1 微波探测器的原理效果

1.2 PIR（被动红外探测）的原理 被动红外探测简称为PIR（Passive Infrared Detection），是利用红外辐射特性，感应移动物体与背景物体的温度差异，从而实现目标探测。在移动物进入探测区域前，现场红外辐射稳定不变，一旦有移动物体进入，则会通过光学系统，将红外线辐射聚到热释电红外传感器上，使其输出比前期更强的电信号，而发出警报。 1）红外辐射特性 任何物体，其自身温度只要高于绝对零度（即0K，或-273.15℃），就会不停地产生热辐射，而温度低于1725°C的物体产生的热辐射光谱集中在红外光区域。不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此，红外波长与温度的高低是相关的。 由于物体本身的物理和化学性质的不同、本身温度不同所产生的红外辐射的波长和距离也不尽相同，通常分为三个波段。 ●近红外（波长范围0.75μm～3μm） ●中红外（波长范围3μm～25μm） ●远红外（波长范围25μm～1000μm） 2）人体的红外辐射特征 在室温条件下，任何物品均有辐射。温度越高的物体，红外辐射越强。人是恒温动物，红外辐射也最为稳定。 人体辐射的红外光，其波长在3μm～50μm范围内，其中8μm～14μm占46%，峰值波长在9.5μm。 3）被动红外探测的工作原理 公元前300年，人们就发现热释电效应。所谓热释电效应，是指晶体随温度的变化，而在晶体表面产生电荷聚集的物理现象，并且该种材料自发极化的强度随温度的变化而变化。 关于热释电效应的最早记录，是电气石吸引小物体。热释电的现代名称是英国物理学家D.布儒斯特在1824年引入的。 被动红外探测（PIR）主要有热释电红外传感器和光学系统等两个关键元件。 ●热释电红外传感器：可以将波长为8μm～12μm之间的红外信号变化转变为电信号，对其 他波长的白光信号具有抑制作用。而人体辐射正好在这个范围内，可以较好地识别出人。 ●光学系统一般有反射镜和菲涅尔透镜等两种。其中，菲涅尔透镜有两个作用。一是聚焦作 用，将红外信号折射（反射）在热释电红外传感器上；二是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这 样PIR就能产生变化的电信号。 被动红外探测器的灵敏度取决于背景的表面面积、目标的表面面积、目标的速度以及探测器的距离。 图2 PIR探测器的原理效果

量子阱红外探测器(QWIP)调研报告

量子阱红外探测器（QWIP）调研报告 信息战略中心（2007.07.12） 引言 (2) 1、量子阱红外探测器的原理 (3) 1.1量子阱红外探测器基本原理简介 (3) 1.2QWIP的几种跃迁模式 (4) 1.3量子阱结构的选择 (6) 1.4QWIP的材料选择 (7) 1.5入射光的耦合 (9) 1.6QWIP的性能参数 (11) 1.7 量子阱周期数对器件性能的影响[9] (12) 1.8QWIP的抗辐射机理与方法 (13) 参考文献： (17) 2、量子阱红外探测器的制备方法 (19) 2.1直接混杂法制备红外探测器焦平面阵列像元 (19) 3、量子阱红外探测器的国内外主要应用 (22) 3.1红外探测器分类 (22) 3.2红外探测器发展历程 (23) 3.3红外探测器基本性能参数 (23) 3.4各种焦平面阵列（FPA S）的性能比较 (25) 3.5红外成像系统的完整结构 (26) 3.5.1 焦平面结构 (27) 3.5.2 读出电路 (27) 3.6QWIP探测器实例分析 (29) 3.7QWIP的应用领域及前景分析 (31) 参考文献： (33)

引言 半导体量子阱(Qw)、超晶格(SL)材料是当今材料科学研究的前沿课题，被比喻为实验中的建筑学，即以原子为最小砌块的微观建筑学。它所产生的人工晶体，其性质可人为改变控制，它比通常意义上的晶体材料具有巨大的优越性和发展前景。它的一个极有前途、极为重要的应用领域是新型红外探测器，即第三代红外焦平面量子阱探测器。量子阱新材料是发展新型红外探测器的先导。 红外焦平面探测器是从单元和线阵基础上发展起来的第三代红外探测器，它标志着热像技术已从“光机扫描”跃进到“凝视”这个高台阶，从而使热像系统的灵敏度、可靠性、功能容量及实时性等都获得无以伦比的瞩目进步。众所周知，探测器是决定红外系统属性的主要矛盾，基于红外焦平面探测器的问世，它与信号读出处理电路一体化的成功，以及长寿命闭环斯特林致冷器的实用化，使红外焦平面探测器在以下重要领域得到重要应用或正在考虑其应用： ①空间制导武器。如用焦平面探测器导引头拦截卫星； ②红外预警卫星及机载红外预警系统； ③巡航导弹、地地导弹、空地导弹、防空导弹、海防导弹及反舰导弹的红外制导系统的基本组成； ④地基(包括舰艇平台)红外制导站及红外搜索，跟踪系统； ⑤小型导弹制导及夜间瞄准； ④坦克、飞机、舰艇等运载工具的夜间观测、目标瞄准、自动跟踪等。 红外焦平面探测器早期实用的是Pbs，现在的重点是碲镉汞，Si：Pt及半导体量子阱焦平面探测器。其中半导体量子阱焦平面探测器，在五年内接近走完了碲镉汞(MCT)探测器30年的历程，现在虽然在探测度指标上还不如MCT，但经过进一步的攀登，这种完全靠科学家、计算机的，由MBE或MOCND技术制造的新一代焦平面器件可能成为现代国防的复眼。无疑，今后哪个国家能抢占这个高地，这将在各国国防力量的对比方面产生重要的影响。

红外探测器原理与应用

主动红外探测器原理与应用 一、主动红外探测器组成与工作原理 主动红外入侵探测器是由主动红外发射机和主动红外接收机组成。探测器利用发射机发车红外射线，由接收机接收。当发射机与接收机之间的红外光束被完全遮断或按给定百分比遮断时，产生报警信号。 主动红外发射机通常采用红外发光二极管作光源，其主要优点是体积小、重量轻、寿命长，交直流均可使用，并可用晶体管和集成电路直接驱动。现在的主动红外入侵探测器多数是采用互补型自激多谐振荡电路作驱动电源，直接加在红外发光二级管两端，使其发出经脉冲调制的、占空比很高的红外光束，这既降低了电源的功耗，又增强了主动红外入侵探测器的抗干扰能力。 主动红外接收机中的光电传感器通常采用光电二极管、光电三极管、硅光电池、硅雪崩二极管等，按GBl0408.4—2000《入侵探测器第4部分：主动红外入侵探测器》规定：“探测器在制造厂商规定的探测距离工作时，辐射信号被完全或按给定百分比遮光的持续时间大于40ms时，探测器应产生报警状态。”目前市售的主动红外入侵探测器均给出最短遮光时间范围。例如：某品牌的主动红外入侵探测器最短遮光时间范围是30ms—600ms。给出一个范围的原因是不同的使用部位可以设定(调节)不同的最短遮光时间，这有益于减少系统的误报警。例如：将主动红外入侵探测器构成电子篱笆警戒时，就应将最短遮光时间调至30ms附近；用在围墙上或围墙内侧警戒时，就应将最短遮光时间调至600ms附近。具体数值使用者可通过试验确定。 主动红外发射机所发红外光束定发散角，在GBl0408.4—2000标准中规定：“室内使用时，发射机与接收机经正确安装和对准，并工作在制造厂商规定的探测距离，辐射能量有75％。被持久地遮挡时，接收机不应产生报警状态。”从另一角度理解这句话的意思就是：当接收机接收的能量小于25％时，系统就要产生误报警。为了减少由此引起的误报警，安装使用中应让发射机与接收机轴线重合。 目前，除单光束主动红外入侵探测器外，还有双光束和4光束的。工作原理

量子阱的应用

3 量子阱器件的应用 3 . 1 量子阱红外探测器 量子阱红外探测器(QWIP)是20世纪90年代収展起来的高新技术。与其他红外技术相比,QWIP具有响应速度快、探测率与HgCdTe探测器相近、探测波长可通过量子阱参数加以调节等优点。而且,利用MBE 和MOCVD等先迚工艺可生长出高品质、大面积和均匀的量子阱材料, 容易做出大面积的探测器阵列。正因为如此,量子阱光探测器,尤其是红外探测器受到了广泛关注。QWIP是利用掺杂量子阱的导带中形成的子带间跃迁, 幵将从基态激収到第一激収态的电子通过电场作用 形成光电流这一物理过程,实现对红外辐射的探测。通过调节阱宽、垒宽以及AlGaAs中Al组分含量等参数, 使量子阱子带输运的激収态 被设计在阱内(束缚态) 、阱外(连续态)或者在势垒的边缘或者稍低于势垒顶(准束缚态),以便满足不同的探测需要,获得最优化的探测灵敏度。 因此,量子阱结构设计又称为“能带工程”是QWIP最关键的一步。另外,由于探测器只吸收辐射垂直与阱层面的分量,因此光耦合也是QWIP的重要组成部分。基于QWIP焦平面阵列研制出的成像系统, 已经被广泛地应用于军事、工业、消防等领域,其小型化、便捷化的特点受到了人们的青睐。 (1)军事方面,QWIP在武器精确制导、战场监视与侦察、搜索和自动跟踪、探测地雷等方面都有广泛的应用。(2)工业方面,QWIP可要用于各种设备的故障检测和产品的质量检测。例如高压输电线路故障的检测十分困难, 可以利用量子阱红外探测器阵列制成的红外相机,从直升 机上对故障収生的位置迚行准确定位。产品的无损探伤及质量鉴定可以借助 QWIP,这主要是指金属、非金属材料及其加工部件。另外,在金属焊接部件的质量鉴定方面,无需对样品迚行解剖和取样,就可以方便地查出

红外探测器是什么,红外探测器的原理和使用方法

红外探测器是什么，红外探测器的原理和使用方法如今，随着社会的进步，经济的发展，越来越多人开始重视安防产品，家庭安防产品销售量开始逐年增长，红外探测器普及到越来越多的家庭，那么，什么是红外探测器的原理和使用方法？ 一、什么是红外探测器？ 红外探测器是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。 红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波，人眼察觉不到。要察觉这种辐射的存在并测量其强弱，把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。一般说来，红外辐射照射物体所引起的任何效应，只要效果可以测量而且足够灵敏，均可用来度量红外辐射的强弱。现代红外探测器所利用的主要是红外热效应和光电效应。这些效应的输出大都是电量，或者可用适当的方法转变成电量。

二、红外探测器的原理 无线红外探测器的基本原理是，将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波，人眼察觉不到。要察觉这种辐射的存在并测量其强弱，把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。一般说来，红外辐射照射物体所引起的任何效应，只要效果可以测量而且足够灵敏，均可用来度量红外辐射的强弱。 在红外线探测器中，热电元件检测人体的存在或移动，并把热电元件的输出信号转换成电压信号。然后，对电压信号进行波形分析。于是，只有当通过波形分析检测到由人体产生的波形时，才输出检测信号。例如，在两个不同的频率范围内放大电压信号，且将被放大的信号用于鉴别由人体引起的信号。于是，误将诸如热电元件的爆米花噪声一类噪声当作为由人体所产生而在准备加以检测乃得以防止。 三、红外探测器的使用方法 而红外探测器有很多种类，不同分类的红外探测器有不同的使用方法。 1. 接近探测器：是一种当入侵者接近它时能触发报警的探测装置。在接近探测器中，通常有一个高频率的LC震荡电路，震荡电路的LC回路通过导线连

红外探测器简介

红外探测器 设计研发部-平 一、红外探测器市场以及应用领域 红外探测技术目前主要分为近红外、中红外和远红外三种研究领域。其中，中红外探测技术由于中红外线的高强度和高穿透性，应用最为广泛，研究也最为成熟；远红外的主要优点就是其穿透性，可用于探测、加热等，应用也比较广泛。近红外，由于其包含氢氧键、碳氢键、碳氧键等功能键的特征吸收线。大气中的水气、二氧化碳、大气辉光等也集中在这个波段。特有的光谱特性使得短波红外探测器可以在全球气候监测、国土资源监测、天文观测、空间遥感和国防等领域发挥重大作用。红外探测器广泛应用于军事、科学、工农业生产和医疗卫生等各个领域，尤其在军事领域，红外探测器在精确制导、瞄准系统、侦察夜视等方面具有不可替代的作用。随着红外探测技术的飞速发展，红外探测器在军事、民用等诸多领域都有着日益广泛的应用。作为高新技术的红外探测技术在未来的应用将更加广泛，地位更加重要。 小型红外探测器是受价格驱动的商品市场，而中型和大型阵列探测器则是受成本和性能驱动的市场，并且为新产品提供了差异化的空间。但是在每种红外探测器技术（如热电/热电偶/微测辐射热计）之间存在着巨大的障碍。由于这些技术都是基于不同的制造工艺，如果没有企业合并或收购，很难从一种技术转换到另外一种技术。 红外探测器已进入居民日常安防中，其中主动式红外探测器遇到树叶、雨、小动物、雪、沙尘、雾遮挡则不应报警，人或相当体积的物品遮挡将发生报警。主动红外探测器技术主要采用一发一收，属于线形防，现在

已经从最初的单光束发展到多光束，而且还可以双发双收，最大限度地降低误报率，从而增强该产品的稳定性，可靠性。据美国相关公司市场调研分析师预测，全球军用红外探测器需求额有望在2020年达到163. 5亿美元，复合年均增长率为7. 71%。 红外探测器按探测机理可分为热探测器和光子探测器，按其工作中载流子类型可以分为多数载流子器件和少数载流子器件两大类，按照探测器是否需要致冷，分为致冷型探测器和非致冷型探测器。非致冷探测器目前主要是非晶硅、氧化钒和InGaAs等探测器，致冷型探测器主要包括碲镉汞三元化合物、量子阱红外光探测器H类超晶格等。 在过去的几十年里，大量的新型材料、新颖器件不断涌现，红外光电探测器完成了第一代的单元、多元光导器件向第二代红外焦平面器件的跨越，目前正朝着以大规模、高分辨力、多波段、高集成、轻型化和低成本为特征的第三代红外焦平面技术的方向发展。 二、焦平面红外探测器应用现状 热探测器的应用早于光子探测器。热探测器包括热释电探测器、温差电偶探测器、电阻测辐射热计等。热探测器具有宽谱响应、室温工作的优点，但是它响应时间较慢、高频时探测率低，目前主要应用于民用领域。光子探测器是基于光电效应制备的探测器，通过配备致冷系统，具有高量子效率、高灵敏度、低噪声等效温差、快速响应等优点。在军事领域，光子探测器占据主导地位。常用的光子探测器有

红外热像仪探测器分类和发展简史

红外热像仪探测器分类和发展简史 红外热像仪探测器分类和发展简史 由于红外辐射是人眼不可见的，要察觉其存在，测量其强弱，就必须首先利用红外探测器将其转换为某种便于测量的信号。红外探测器是红外探测或成像系统中的核心，也是红外技术发展最活跃的领域。红外技术的发展水平，通常是以红外探测器的发展水平为主要标志的。 1.红外探测器分类 对于品种繁多的红外探测器，有各种不同的分类方法。根据响应波长，可以分为近红外、中红外、远红外和极远红外探测器；根据工作温度和致冷需求，可以分为低温致冷和室温非致冷红外探测器；根据结构可分为单元、线阵和焦平面红外探测器；就探测机理而言，又可分为光子和热敏红外探测器，下面主要就这两类红外探测器予以简单介绍。 1.1光子红外探测器 光子红外探测器是利用材料的光电效应将光信息转换为电信息的红外敏感器件。材料的电学性质通常取决于材料中电子的运动状态，当光束入射至材料表面时，入射光子如果直接与材料中的电子起作用，引起电子运动状态改变，则材料的电学性质也将随之发生变化，这类现象统称为材料的光电效应。这里强调“直接”两字。如果光子不是直接与电子作用，而是能量被固体晶格振动吸收引起固体的温度升高，导致材料电学性质的改变，这种情况不能称为光电效应，而是热电效应。光子探测器主要有以下几种： (1)光电导红外探测器 某些半导体材料，当受到红外线照射时，其电导率将明显改变，这种物理现象就是光电导效应。利用具有光电导效应的材料制成的红外探测器就称为光电导型探测器。常用的这种类型的探测器有：硫化铅（PbS）、硒化铅（PbSe）、锑化铟（InSb）、碲镉汞（Hg1-xCdxTe）和锗（Ge）掺杂红外探测器。 光电导探测器的缺点是：光电导效应只有在红外辐射照射一段时间后，其电导率才会达到稳定值，而当停止照射后，载流子不能立即全部复合消失，因此，电导率只有经过一段时间后才能回复。这种现象称为弛豫现象，这就造成了光电导型红外探测器响应速度较慢的缺点。 (2)光伏红外探测器 如果在固体内部存在一个电场，而且条件适当，则本征光吸收所产生的电子－空穴对会趋向两个部分，在两部分间产生电势差，接通外电路就可以输出电流。这就是半导体PN结的光伏效应。利用具有光伏效应的材料制成的红外探测器称为光伏红外探测用的光伏红外探测器有：砷化铟（InAs）、碲镉汞 （Hg1-xCdxTe）和锑化铟（InSb）探测器等。 与光电导效应相反，光伏效应是一种少数载流子效应。少数载流子的寿命通常短于多数载流子的寿命，当少数载流子复合消失时，光伏信号就终止了。由于这个原因，光伏红外探测器的响应速度一般快于光电导红外探测器，有利于作高速检测，另外其结构也有利于排成二维阵列制作焦平面。

基于热电堆红外探测器的非接触人体表面温度的测量

目录 1. 技术指标 (1) 2. 设计方案及其比较 (1) 2.1 方案一 (1) 2.2 方案二 (2) 2.3 方案三 (2) 2.4 方案比较 (3) 3. 实现方案 (3) 3.1 器件说明 (3) 3.1.1 TPS337A热电堆说明 (3) 3.1.2 LM358运算放大器说明 (4) 3.1.3 PCF8591 A/D转换器说明 (5) 3.1.4 74LS138译码器与74HC573锁存器说明 (6) 3.2 最终实现方案 (8) 3.2.1 实现方案电路图 (8) 3.2.2 方案设计原理及思路 (9) 4. 调试过程及结论 (16) 4.1 电路实物的连接 (16) 4.2 调试结果展示 (17) 4.3 调试结论 (18) 5. 心得体会................................................ 错误！未定义书签。 6. 参考文献 (18)

基于热电堆红外探测器的非接触人体表 面温度的测量 1. 技术指标 设计一个非接触人体表面温度系统，要求： 1.通过热电堆TPS337A来探测人体表面的温度； 2.由LED数码管显示测量的温度，要求显示温度精度能够达到0.1℃； 3.可以连续测量人体表面或环境温度。 2. 设计方案及其比较 2.1 方案一 通过TPS337A检测人体红外波产生温差电动势，将环境温度与检测到的人体温度分为两路电压信号，完成环境温度的补偿。再经过A/D转换芯片将数字信号发送到单片机输出，最后通过LED数码管显示。放大器采用AD620运算放大器以及LM358运算放大器。具体电路图如图1所示。 图1方案一电路图 信号采集电路有两部分组成：体温信号放大电路和环境温度信号处理电路。体温信号放大电路是由仪用放大器AD620和参考电压电路组成；环境温度信号处理电路是由运算放大器LM358构成的电压跟随器组成。三路输出信号其中最上方为放大后的热电堆电压信

探测器原理

各种探测器的工作原理 主动红外探测器的工作原理：主动红外探测器由红外发射器和红外接收器组成。由发射端主动发射红外线，由接收端接收红外线，形成红外线的网状。这种探测器能够对入侵物进行主动的防范，不会因为小宠物的穿越或气候的影响而产生误报警情，从而最大限度地降低了误报率。红外发射器发射一束或多束经过调制过的红外光线投向红外接收器。发射器与接收器之间没有遮挡物时，探测器不会报警。有物体遮挡时，接收器输出信号发生变化，探测器报警。 被动红外探测器工作原理：被动红外探测器是依靠被动的吸收热能动物活动时身体散发出的红外热能进行报警的，也称热释红外探头，其探测器本身不发射红外线的。被动红外探测器中有2个关键性元件，一个是菲涅耳透镜，另一个是热释电传感器。自然界中任何高于绝对零度的物体都会产生红外辐射，不同温度的物体释放的红外能量波长也不同。人体有恒定的体温，与周围环境温度存在差别。当人体移动时，这种差别的变化通过菲涅耳透镜被热释电传感器检测到，从而输出报警信号。 微波探测器工作原理：微波探测器应用的是多普勒效应原理。在微波段，当以一种频率发送时，发射出去的微波遇到固定物体时，反射回来的微波频率不变，探测器不会发出报警信号。当发射出去的微波遇到移动的物体时，反射回来的微波频率就会发生变化，此时微波探测器将发出报警信号。 震动探测器的工作原理：振动探测器是以探测入侵者进行各种破坏活动时所产生的振动信号作为报警依据，根据所使用的振动传感器的不同，振动探测器可分为：机械式振动探测器、惯性棒电子式振动探测器、电动式振动探测器、压电式振动探测器、电子式全面型振动探测器等多种类型。近来常见的以压电晶体振动探测器居多，其原理是利用压电晶体的压电效应。压电晶体是一种特殊的晶体，它可

被动红外与主动红外探测的原理及优缺点

被动红外与主动红外探测的原理及优缺点 红外探测器是防盗报警系统中最关键的组成部分，直接决定系统的灵敏性与稳定性，是整个系统品质的保障。中国安防厂商在这些年来，无论在技术的掌握与生产能力的提升上，均有明显的改善，这得归功于中国厂商不断吸收外商的产品设计和生产技术，并致力于降低成本，使中国安防产品开始得到工程商们的认同，加上低价对于甲方有着重要的吸引力，使得国产品在市场上成长迅速。虽然国产品的品质仍与进口产品有段差距，但在用户对安防产品不熟悉的情况下，中国安防产品仍极具竞争优势。 许多外国厂商也承认，以前外商大幅依靠技术优势来应对中国国产品的成本优势，但近年来差距已经缩小，优势渐减，可见中国厂商在技术上已经逐步赶上国外厂商，部分厂商更具有创新能力，推出具特色的产品，使得中国安防产品的水准大幅提高。这个现象主要来自许多厂商对于品牌意识与产品质量的重视，加大了投资与研发力度。 红外探测器的原理及特点 人体都有恒定的体温，一般在37度左右，会发出特定波长10μm左右的红外线，被动红外探测器就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。 1．被动红外探测器是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为10μm左右的红外辐射必须非常敏感。 2．为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。 3．其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。 4．一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而报警。 被动红外深测器优缺点 优点：本身不发任何类型辐射，器件功耗很小，隐蔽性较好，价格低廉。 缺点：容易受各种热源、阳光源干扰；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探测器接收；易受射频辐射的干扰；环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。