PDF《红外光源》

红外光源 用于气体检测和监控

2 红外光源产品系列概述 Axetris公司的红外光源是一种基于微机械加工,电调制技术的热辐射红外源,具备黑体辐射的特性,并且具有低功耗,高辐射 率,使用寿命长等优势.

我们的专利设计是在热电阻元件的表面上涂敷了一层介质薄膜,该元件是固定在一个微小的硅基片上的. 红外光源是封装在紧凑型的TO-39基座上,还可以选择带保护帽及带反射面的结构.这些结构可以配置蓝宝石,氟化钙,氟化钡,锗 等材质的滤波光窗. Axetris的红外光源非常适用于那些要求极高的辐射率,极高的稳定性及低功耗的紧凑型红外气体检测器. 技术优点 ? 具有黑体辐射的特性 (2 to

16 μm) ? 高辐射率 ? 快速的电调制功能(无须斩波轮) ? 极高的调制度 ? 辐射转化效率高 ? 低功耗 ? 使用寿命长 ? 坚固的MEMS设计(通过IEC 60721-3-7 Class7M3的认证 要求,但不包括氟化钙,氟化钡材质的滤波光窗) 红外气体检测的主要应用 ? 测量原理:非分光红外光谱法(NDIR),光声红外光谱法 (PAS)或者衰减全反射比(ATR)傅里叶变换红外光谱法 ? 被测气体种类:CO, CO2, VOC, NOx, NH3, SOx, SF6, 碳氢气体,湿度,麻醉气体,制冷剂,呼吸酒精气体等 ? 医疗应用领域:二氧化碳测定仪,麻醉气体检测,呼吸功能 监测,肺功能监测,呼吸酒精气体检测 ? 汽车/运输应用领域:尾气排放检测,呼吸酒精气体检测(酒 后驾驶闭锁装置),通风系统需求控制 ? HVAC应用领域:通风系统需求控制,制冷剂检测 ? 安保&

工业应用领域:可燃气体分析仪,气体检测器,孵化 箱等 每一个红外光源都经受过最终的高低温老化测试实验

3 参数 单位 典型值 测试条件 冷态电阻值 Ω

35 C

55 平均冷态电阻值为 45?Ω 热态电阻值 Ω

54 C

89 平均热态电阻值为 72?Ω / 当输入电功率为 450?mW 时 输入电功率 mW

450 恒定电功率 工作电压 V 5.7 5.2 6.5 冷态电阻值为 45?Ω 的红外光源/ 当达到 450?mW 功率时 冷态电阻值为 35?Ω 的红外光源/ 当达到 450?mW 功率时 冷态电阻值为 55?Ω 的红外光源/ 当达到 450?mW 功率时 工作电流 mA

79 86

68 冷态电阻值为 45?Ω 的红外光源/ 当达到 450?mW 功率时 冷态电阻值为 35?Ω 的红外光源/ 当达到 450?mW 功率时 冷态电阻值为 55?Ω 的红外光源/ 当达到 450?mW 功率时 加热时间常数 ms

11 测量电阻值从 10?% 上升到 90?% 所需的时间 冷却时间常数 ms

17 测量电阻值从 90?% 下降到 10?% 所需的时间 工作温度 °C

456 当输入电功率为 450?mW 时 辐射率 0.95

2 μm C

16 ?m 工作寿命 年>

10 当推荐输入电功率为 450?mW 时 加热面积 mm? 2.1 x 1.8 外壳温度 °C

55 85 使用脉冲电源 (10?Hz, 450?mW, 50?% 占空比),不带光窗 使用直流电源 (450?mW) ,不带光窗 红外光源产品系列 产品类型 焦距/ <

20° 角度内的能量 滤波光窗 保护帽/反射面 适用的测量原理/ 典型应用 产品照片 TO-39 封装 无保护 无准直 /

12 % 无无NDIR, PAS / 客户定制的吸收测量池 TO-39 封装 带标准保护帽 无准直 / 12% 无 保护帽 0-53/40-0 NDIR, PAS / 标准吸收测量池 TO-39 封装 带低面保护帽 无准直 / 12.3 % 无 保护帽 0-45/28-0 NDIR, PAS / 标准吸收测量池 TO-39 封装 带铝质保护帽 无准直 / 15.7 % 有 保护帽 W-36/12-0 NDIR, PAS / 标准吸收测量池 TO-39 封装 带标准反射面

1 5 C

15 mm /

60 % 有 反射面 W-55/40-0 NDIR, ATR / 标准吸收测量池 TO-39 封装 带标准反射面

2 0 C

7 mm /

54 % 无 反射面 W-40/43-0 NDIR, ATR / 短吸收测量池 TO-39 封装 带标准反射面

3 10 C

30 mm /

82 % 有 反射面 W-90/151-0 NDIR / 长吸收测量池(直径 10mm) 客户定制产品 定制 定制 定制 NDIR, PAS, ATR / 客户定制的吸收测量池 详见第

6 页 红外光源可选配的滤波光窗类别详见第

6 页 如需更多详细参数,敬请联系当地的相关销售人员 直流或脉冲电源的输入电功率不能超过 500?mW 实时输入电功率的限值不是指平均电功率 实际数值可能会与上表所列数值有细微的差别. 电气/光学特性表 (Tc = 25°C)

4 600 mW

550 °C

450 mW

456 °C

350 mW

366 °C Black-body radiation Measured emission spectrum

4 6

8 10

12 14

16 2 技术优点 具有黑体辐射的特性 (2 μm C

16 μm) 高辐射率 独一无二的薄膜加工工艺创造了辐射率接近于

1 的纯黑体结构 快速的电调制功能和极高的调制深度 极其轻薄的薄膜,只有通过MEMS技术才能实现, 才能保证红外光源的快速响应及动态调制 显微影像:封装在TO39基座上 MEMS 芯片(左侧 ), 加热薄膜的温度分布影像(右侧) 黑色树枝状的表面结构 红外光源MEMS芯片的正面和背面的照片 (整体尺寸:3.2x3.2 mm2 , 薄膜尺寸:2.1x1.8 mm2 ) 推荐使用恒压方波电源驱动和使用高速宽波段检测器检测 辐射率 波长(μm) 调制频率 调制深度 相对辐射率 调制深度和调制频率关系图 辐射率和波长关系图 辐射光谱和波长关系图 波长 [?m] 测量的辐射光谱 黑体辐射

5 50

150 250

350 450

550 650

750 300

400 500

600 700

800 T [?C] 薄膜温度的峰值 时间(小时)

1000 10

000 100

000 1

000 000 推荐限值

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

1 10% 50% MTTF 450?mW 10?Hz 600?mW 10?Hz 700?mW 10?Hz 800?mW 10?Hz 450?mW CW 600?mW CW 700?mW CW 800?mW CW 红外光源薄膜破损的平均失效前时间(MTTF)是从多年可靠性 试验中收集的使用寿命数据进行统计分析后得到的.薄膜破损的 可能性很大程度上取决于封装类型,输入电功率大小及工作模式 例如: 一个用脉冲电源 (450?mW,10?Hz, 50?%占空比)供电的红外 光源(产品编号:600.347),引起薄膜破损的平均失效前时间可 达到

600000 的工作小时 有关使用寿命的可靠性曲线说明:虚线表示使用脉冲电源 (450?mW,10 Hz, 50?%占空比)供电的红外光源, 实线表示使用直流电源 (450?mW) 供电的红外光源,电功率分别对应为 450?mW, 600?mW, 700?mW, 800?mW. P [mW] 薄膜温度和电功率关系图 MEMS结构的可靠性 半导体MEMS制造技术保证了红外光源极高的可靠性. 微晶片级制造过程中采用极其精密的品质控制, 再加上每一个红外光源都经受过最终的高低温老化测试实验 通过热通量仿真实验来优化转化效率 辐射转化效率高 红外光源具有极其出色的电能/辐射能的转化效率,一方面得益于其黑体特性表面可保证最大化的辐射率,另一方面来自于 产品热通量的优化设计. 分割前的已加工的基于MEMS技术的红外光源芯片 不同电功率下使用寿命曲线(总体故障) 可靠性

6 使用滤波光窗的优势

13 14 CaF

2 Sapphire BaF

2 100

90 80

70 60

50 40

30 20

10 0

2 3

4 5

6 7

8 9

10 11

12 GeART90 % 透射率 STD TO-Cap STD Reflector

1 STD Reflector

2 STD Reflector

3 25

20 15

10 5

0 -90 -75 -60 -45 -30 -15

0

15

30

45

60

75

90 ? 可以作为检测器的光谱低通滤波器 ? 消除背景信号干扰及提高信噪比 ? 在恶劣的使用环境下保护红外光源 ? 没有样气的寄生影响(滤波光窗安装地非常紧密) 滤波光窗的光谱透射率 波长 [?m] ? 可以优化辐射率 定制反射面结构 客户定制产品应用 Axetris公司可以按照OEM客户的需求提供定制的封装结构,反射面的设计及滤波光窗的选择.例如反射面的特殊设计可以 优化角度及光信号的辐射量;

蓝宝石,氟化钙,氟化钡,锗等材质的滤波光窗可以提高信噪比,并可保护红外光源免受环境 因素的影响及可作为光谱低通滤波器使用. 带滤波光窗的红外光源 不同材质滤波光窗的透射率曲线 * 使用锗材质的抗反射涂层,其平均透射率 >

90?% 反射面在轴线上对红外辐射源的准直效果(红色区域:高辐射密度区. 蓝色:低辐射密度区) 带标准保护帽及反射面红外光源的角度辐射分布图 角度 [?] 相对辐射率和角度关系图 相对辐射率

7 ? ? 基于 LabVIEW 软件技术,非常简单的用户图形界面(GUI) ? ? 可随时设定及更新所有的参数 ? ? 实时动态图形,可显示数据及记录 ? ? 限制一些不可行的驱动模式 ? ? 可输出位图及 Excel 格式数据 用户图形界面 GUI ? ? 用RS232及USB接口可直接与计算机连接 ? ? 用TO 插座或接线端子可连接红外光源 ? ? 模拟输入/输出信号接口可用作检测器的同步信号 红外光源 LabKit ? 可快速地,简单地设计 Axetris 红外光源参数 ? 非常有效的工具,用来评测理想的驱动模式以达到最好的信噪比 ? 软件启动快速,简便 ? 包含一切您想得到的技术参数 红外光源 LabKit 的驱动电路板 参数 单位 数值 测试条件 驱动模式 P / V / I 直流/波形信号 功率控制P mW

50 C

800 功率调节 电压控制V V 0.5 C

10 电压调节 电流控制I mA

5 C

100 电流调节 波形信号 直流 / 波形信号 频率 Hz

0 (DC),

4 C

50 占空比 %

5 C

90 模拟输入/输出信号 V

0 C

5 检测器回路的同步信号,记录检测器信号 www.axetris.com www.axetris.com Infrared sources F60 CN / 11.2008 / 06.2013/Art. Nr. 602.286 Axetris AG 公司概况 Axetris AG,属于莱丹集团公司旗下的一家子公司,运用 微系统(MEMS)技术设计制造的红外光源,激光气体 检测器,质量流量传感器/控制器以及微光学元件服务于 OEM用户.产品广泛应用于工业,过程控制,环境,医疗,汽车以及电信等领域. Axetris 在多种工业领域及相关应用场合中为用户提供专 业的,贴切实际应用的技术支持.我们的产品设计与制 造团队对于从微型芯片级到先进的电子元件及光电模块 级的仿真,设计,制造,计量等具有全面的经验.公司 倡导优秀的产品附加值,一贯坚持高品质的产品和及时 的技术支持,都能确保用户最终获益.Axetris 是OEM用 户最可靠的子系统供应伙伴,可以提供全系列高品质的标 准产品,以及结合现有产品的特性,为客户提供定制的, 特殊的解决方案. Axetris AG 坐落于瑞士中部,通过了ISO 9001认证, 并且遵从ISO TS 16949标准,加工及制造基于微系统 (MEMS)技术的6 -

8 晶片,同时也为其他用户提供 晶片代加工服务. Corporate Headquarters of the Leister Group, Switzerland 联系方式 Swiss Made Quality. Axetris is an ISO 9001certified enterprise. Specifications are subject to change without prior notice. Headquarters: Axetris AG, Switzerland Schwarzenbergstrasse

10 CH-6056 Kaegiswil Switzerland phone: +41

41 662

76 76 fax: +41

41 662

75 25 [email protected] www.axetris.com USA: Leister Technologies LLC

1275 Hamilton Parkway Itasca, IL

60143 USA phone: +1

630 760

1000 fax: +1

630 760

1001 [email protected] www.axetris.com 中国: 莱丹塑料焊接技术(上海)有限公司 上海市莘庄工业园区元科路155 号11幢厂房

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