[实用新型]一种智能热释电红外线传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种红外线传感器，具体涉及一种微型化的智能型热释电红外线传感器。

背景技术

热释电红外线传感器通常是由一种高热释电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成的红外敏感材料元件。即在每个传感器内装入一个或多个敏感材料元件，并将敏感材料元件以相反极性串联，以抑制由于自身温度变化而产生的干扰，由敏感材料元件将感应并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在传感器内的场效应管进行阻抗变换后向外输出。

目前市场上的热释电红外线传感器基本上都是采用传统材料和结构构成，主要以红外敏感材料元件、红外光学滤光片、场效应三极管及金属外壳焊接而成。其工作原理是：人体辐射出中心波长为约9.3微米的红外线，然后穿过5-14um的光学滤光片，使红外敏感材料改变自发极化状态，电荷流动产生电压信号，经场效应三极管进行阻抗变换后输出模拟信号。由于环境温度变化、人体移动距离变化均影响信号输出，传感器的输出电压在数十微伏到数百微伏之间变化且呈非线性特性。

图1为传统的热释电红外线传感器的结构示意图，主要组成结构为红外光学滤光片10、红外敏感材料元件11、电阻13、场效应三极管12及金属外壳14焊接而成，其中红外光学滤光片10主要是控制通过5-14um的红外线，电阻13为匹配敏感材料的甚高电阻，通常是用敏感材料的体电阻替代，场效应三极管12为阻抗变换用，金属外壳14用于密封。

为了增加传感器的灵敏度以增大感应距离，一般在传感器的前方装设一个具有光学衍射功能的菲涅尔透镜。该透镜用透明PE塑料制成，有若干螺纹和曲面结构，具有光学聚焦和斩波的的作用，它和外置放大电路相配合，再将信号放大70分贝以上，这样就可以测出5～12米范围内人的移动。

由于传感器自身的输出信号微弱，后续需要数千倍率的放大调理电路及外置聚焦的曲面型塑料菲涅尔透镜才能进行检测和使用。其存在的问题是：

1、后续调理电路很大，难以实现微型化。

2、传感器微信号放大电路技术要求高，调试困难，环境干扰大，非专业人员很难使用；

3、其次是外置的菲涅耳透镜体积很大，影响产品微型化，很难在现代的数字产品上推广使用。

随着IT产品的发展，传感器微型化和数字化是一种必然趋势。本实用新型就是克服上述的问题，为适合该类应用而设计的微型化器件。

发明内容

本实用新型目的是为了解决上述技术问题，提供一种微型化的、智能型的热释电红外线传感器，其特点是采用嵌入式智能集成电路芯片，内部集成各种传感器电路，形成一种微型化、具有信号分析处理能力、可输出多种不同可控信号的热释电传感器。

本实用新型的目的是通过以下的技术方案来实现的：

一种热释电红外线传感器，包括有：

红外敏感材料元件；

外壳，包括有基板和盖板，基板中部向下凹入形成收容空间，收容空间内部用于收纳与封装红外敏感元件及集成电路芯片模块，盖板设有供红外光学衍射滤光元件使用的硅基窗口，红外敏感材料元件和集成电路芯片模块直接键合在封装材料内；

红外光学衍射滤光元件，安装在硅基窗口内，其是平面型硅基菲涅尔透镜，表面设有由小到大的同心圆，底部平面蒸镀有红外增透材料层，位于红外敏感材料元件上方，同时起到红外滤光和红外聚焦双重的作用；

集成电路芯片模块，其是高度集成的嵌入式集成电路芯片，其内集成有信号放大电路、模数转换电路、低通/高止滤波电路和信号输出单元。

红外光学衍射滤光元件，在其表面根据光学原理，用半导体腐刻方法，设置有由小到大的同心圆，即不同斜率的锯齿槽，在另一面即透镜底部平面蒸镀有红外增透材料材料，其作用是让5-14um红外线增透而其它波长的光线截止，置于敏感材料元件上方，具有红外滤光和红外聚焦双重作用。

常用的热释电红外线敏感元件的材料有陶瓷氧化物和压电晶体，如钛酸钡、钽酸锂、硫酸三甘肽及钛铅酸铅等。本实用新型的红外敏感材料元件的敏感材料优选为钛酸铅陶瓷或硅基蜂窝阵列敏感元件。

所述的红外光学衍射滤光元件上的同心圆为不同斜率的锯齿槽形成。

为稳定芯片工作，所述的集成电路芯片模块还集成有参考电压源、温度补偿电路及内部震荡器。