PDF《微型红外线传感技术的最新发展 3》

2 ,4 013mm 由于硅的折射率约为

314 ,加工深度较小 , 刻蚀时间较短 ,容易正确控制截面的形状. 总的来说 ,采用 DOE 元件作为聚光镜是红 外测温仪迈向小型化和超小型化的重要步骤.

3 薄膜型红外探测器 除了上面讲到的红外探测列阵( IRCCD) 以外,红外传感器还有量子型传感器和热电型传 感器两大类. 量子型传感器按动作和元件构造可分为以 下4类:光导电型 (photoconductive) 、 光电动势 型(photovoltaic) 、 MIS 型和肖特基型 (Schottky diode) . 红外测温仪常用的是热电型传感器 ,通常 用的材料一般都是用钽酸锂、 陶瓷等材料制成. 这一类传感器有以下缺点 : (1) 由于电容的限 制 ,探测的受光面积有限 ;

(2) 为防止热的交调 失真 ,各元件间必须保持一定的间隔 ,因此体积 难以缩小 ;

(3) 由于热容量较大 ,因此热响应速 度很低 ,通常响应时间为

50 ― 100ms 以上 ;

(4) 稳定性、 测量重复性均不理想. 热电型传感器的工作原理是热释电效 应[5 ] ,该效应主要是在热电介质的表面进行 的 ,因此 ,近年来薄膜型传感器备受关注.

1997 年 ,日本松下电气公司率先应用磁控管喷镀技 术 ,在 MgO 单晶体上喷镀 Pb1 - x La x Ti1 - x/

4 O3 (简称 PL T) 薄膜而制成红外传感器. 薄膜型红外传感器构造如图

3 所示. 在MgO 单结晶板上 ,Pt 是下层电极 ,NiCr 是作为 红外吸收膜的上层电极 , PL T 是热电薄膜. 红 外检测部分是由聚酰亚胺树脂和 Pt 电极所构 成. 红外检测部下方的微型空槽 ,用光刻法形成 (称MgO 微型机械加工技术) . 有了这个构造 , 能使元件的热容量变小 ,热响应加快 ,能控制向 基板的热扩散 ,实现基板的高灵敏度化和小型 化. 薄膜的厚度仅在

2 μm 以内 ,红外检测部的 面积虽然很小 ,但是有足够的电容量. 图3薄膜型红外传感器 薄膜化是红外传感器实现探测器小型化、 微型化的第二个重要因素 ,与此同时还提高了 系统的响应速度和灵敏度.

4 结构新颖的共振型压电调制器 调制器又称斩波器 ,一般用步进电机或用 振动片做成. 步进电机用作斩波器有如下缺点 :步进电 机的体积比较大 ,需要一套驱动回路. 电机会发 ・

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3 ・ 物理 热 ,驱动回路发出的脉冲信号成为一种噪声 ,热 噪声本底和脉冲信号的噪声均会影响检测精 度. 用振动片制成的斩波器构造简单 ,发热小 , 克服了上述缺点. 但是要得到较大的振幅 ,其长 度也很可观 ,而且驱动电压也比较高. 松下电子 公司对上述振动片作了改进 ,设计了一种 W 共 振型压电调节器 ,其形状如图

4 所示. 它分为驱 动部和振动放大部. 驱动部 (图4的上部) 的末 端固定 ,在弹性金属上再固定有经过分极处理 的压电体金属薄板 ,加上一定频率的电磁场使 之振动. 振动放大部经过

3 次90 度的曲折 ,它 的最前端能作振幅较大的振动. 图4W共振型压电调节器 驱动部与放大部的共振频率是不同的. 设 驱动部的共振频率为 f

1 ,放大部的共振频率为 f

2 ,让频率在 f

1 与f2之间变化. 取某个值的时 候 ,振幅会因相互抵消而变小. 因此 ,取一个合 适的频率值 ,则不但能得到最大的振幅 ,而且能 保持稳定 ,这就叫做 W 共振型. 图5三种频率的动作图 图5是三种频率的动作图 ,其中(a) 的频率 接近 f

1 ,(c) 的频率接近 f