CN102768074A

CN102768074A - 一种多点阵的中远红外波长光子探测器

Info

Publication number: CN102768074A
Application number: CN2012102592635A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Beijing Huatie Nengxin Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Huatie Nengxin Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2012-11-07

Abstract

本发明提出一种多点阵的中远红外波长光子探测器，属于光电探测技术领域。该光子探测器包括红外二极管阵列、半导体制冷器、管芯基座、热敏电阻、金属管壳和光学镜筒。管芯基座上设置有半导体制冷器，半导体制冷器上设置有热敏电阻，红外二极管阵列中每一光敏二极管管芯均设置于热敏电阻上，红外二极管阵列、半导体制冷器、管芯基座和热敏电阻封装在金属壳体内，并置于管壳底部，金属管壳也置于光学镜筒底部。本发明提出的多点阵的中远红外波长光子探测器不仅灵敏度高、响应速度快，还由于增加了红外探测点数，其多元信号采集可以显著提高轴温探测的视野范围，探测信息量增大，可以不再受车型不同导致的车轴形状以及位置高低等因素的影响。

Description

一种多点阵的中远红外波长光子探测器

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，涉及一种多点阵的中远红外波长光子探测器，主要用于高速移动设备的热辐射检测，是新一代铁路轴温监控系统的重要部件。

背景技术

受传感器材料与技术影响，早期轴温探测系统均采用热敏电阻传感器，由于列车大幅提速，原有靠热积分效应的热敏电阻型传感器已经满足不了需要，逐步采用响应速度更快的红外光子探测器。但受到半导体技术水平限制，目前轴温探测系统采用的是单点红外器件制成的单点探头，或者两个单探头并用。这种探测模式获取的信息量少，并对热轴判定产生直接影响。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种多点阵的中远红外波长光子探测器，该光子探测器不仅灵敏度高、响应速度快，还由于增加了红外探测点数，多元信号采集可以显著提高轴温探测的视野范围，探测信息量增大。

本发明提出一种多点阵中远红外波长的光子探测器，包括红外二极管阵列、管芯基座、半导体制冷器、热敏电阻、管壳和光学镜筒，所述的管芯基座上具有所述的半导体制冷器，所述的半导体制冷器上设置有所述的热敏电阻，所述的红外二极管阵列中每一光敏二极管管芯均设置于所述的热敏电阻上，所述的红外二极管阵列、管芯基座、半导体制冷器和热敏电阻封装在金属壳内，置于所述的管壳底部，该管壳置于所述的光学镜筒底部。

本发明提出的一种多点阵中远红外波长的光子探测器还包括有导热金属圆盘，所述的管壳与所述的光学镜筒的底部固定有该导热金属圆盘。

本发明提出的一种多点阵中远红外波长的光子探测器还包括有玻璃窗，所述的管壳的顶部设置有该玻璃窗。

本发明提出的一种多点阵中远红外波长的光子探测器还包括有红外透镜，所述的光学镜筒的顶部设置有该红外透镜。所述的红外透镜的投射波长为2～8μm。所述的红外二极管阵列为四点阵以上红外二极管阵列。所述的四点阵以上红外二极管阵列为四点阵红外二极管阵列、八点阵红外二极管阵列、十六点阵红外二极管阵列或三十二点阵红外二极管阵列。当所述的四点阵以上红外二极管阵列选择为四点阵红外二极管阵列时，内部四个光敏二极管管芯呈直线阵列或四象限十字阵列。所述的封装采用TO-8封装外形。所述的TO-8封装外形留有12个底部引脚，该底部引脚与所述的红外二极管阵列、半导体制冷器、热敏电阻相连接。

本发明的优点在于：本发明提出一种多点阵的中远红外波长光子探测器，不仅灵敏度高、响应速度快，还由于增加了红外探测点数，其多元信号采集可以显著提高轴温探测的视野范围，探测信息量增大，可以不再受车型不同导致的车轴形状以及位置高低等因素的影响，同时提供更多采样点，明显提高轴温数据的准确性。大大减小了热轴的误判率。

附图说明

图1 为本发明提出一种多点阵的中远红外波长光子探测器的结构示意图；

图2为本发明实施例中四个独立的光敏二极管管芯采用直线阵列的结构示意图；

图3为本发明实施例中四个独立的光敏二极管管芯采用四象限十字阵列的结构示意图；

图4为本发明实施例中进行封装后的底部引脚示意图。

图中：

1红外二极管阵列；2管芯基座；3热敏电阻；4金属管壳；5光学镜筒；5-1红外透镜；5-2圆盘。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明提出一种多点阵中远红外波长的光子探测器，如图1所示，由红外二极管阵列1、管芯基座2、半导体制冷器、薄膜状热敏电阻3、金属管壳4和光学镜筒5构成。其中红外二极管阵列1由多个独立的光敏二极管管芯构成，优选为四点阵以上的多点阵红外二极管阵列，进一步优选为四点阵红外二极管阵列、八点阵红外二极管阵列或十六点阵红外二极管阵列。所述的管芯基座2为具有半导体制冷器的基座，管芯基座2表面设置有半导体制冷器，半导体制冷器的冷端上粘贴有薄膜状热敏电阻3，红外二极管阵列1中每一独立的光敏二极管管芯设置于半导体制冷器冷端的热敏电阻3上，半导体制冷器的热端与管芯基座2连接。

所述的红外二极管阵列1、管芯基座2、半导体制冷器和薄膜状热敏电阻3通过封装技术封装在金属壳体内，管芯基座2与封装后壳体底部相连，同时红外二极管阵列1中光敏二极管管芯的光敏面朝向石英玻璃窗。封装时优选采用标准的TO-8外形进行封装，可以根据所采用的红外二极管阵列1中的光敏二极管管芯的个数，选择封装后底部引脚的个数。当采用四点阵二极管阵列时，优选为封装后底部留有12个引脚。通过底部引脚实现红外二极管阵列1、半导体制冷器、热敏电阻3与外部电流或电源灯所需连接部件之间的连接。其中带有半导体制冷器的管芯基座2的电源接线、热敏电阻3的引线通过与底部引脚的连接，连通外部提供制冷的电源，以及输出感温信号，便于控制制冷电流，使多红外二极管阵列1处于标准的工作环境温度中。

将封装好的壳体设置于金属管壳4内部，金属管壳4的顶端设置有石英玻璃窗，红外二极管阵列1的光敏面朝向金属管壳4顶端的石英玻璃玻璃窗，便于接受探测光源。金属管壳4同轴设置于光学镜筒5的底部，金属管壳4与光学镜筒5的底部设置有铝合金圆盘5-2，并将封装好的壳体紧贴铝合金圆盘5-2，同时将封装后的引脚穿过铝合金圆盘5-2，通过螺钉螺母将铝合金圆盘5-2与金属管壳4、光学镜筒5固定。并利用导热硅脂将铝合金圆盘5-2与光学镜筒5紧密接触导热，以保证红外二极管阵列1制冷效果良好。在红外二极管阵列1的制冷过程中，半导体制冷需要及时散热，通过铝合金圆盘5-2将热量导向内壁较厚的光学镜筒5上。光学镜筒5的前端设置有镀膜的红外透镜5-1，优选为红外锗玻璃。通过镀膜技术控制投射波长为2～8μm，同时还能挡住可见光的干扰。所述的光学镜筒5为铝合金光学镜筒。

实施例：

本实施例提供一种四点阵中远红外波长的光子探测器，由四点阵的红外二极管阵列、管芯基座2、半导体制冷器、薄膜状热敏电阻3、金属管壳4和光学镜筒5构成。其中四点阵的红外二极管阵列由四个独立的光敏二极管管芯构成，该四个独立的光敏二极管管芯呈直线阵列或四象限十字阵列，如图2和图3所示，以适用于多线扫描及方向识别。所述的管芯基座2为具有半导体制冷器的基座，基座表面设置有半导体制冷器，半导体制冷器的冷端上粘贴有薄膜状热敏电阻3，四个光敏二极管管芯均设置于半导体制冷器冷端的热敏电阻3上，半导体制冷器的热端与管芯基座2连接。

所述的四点阵红外二极管阵列、管芯基座2、半导体制冷器、薄膜状热敏电阻3通过TO-8封装技术封装为壳体，封装后底部留有12个引脚，如图4所示，四点阵红外二极管阵列中光敏二极管管芯的电极通过一个公共端和四个信号端由底部引脚引出，其中引脚4、引脚5、引脚6、引脚7分别连接四点阵二极管阵列的四个光敏二极管管芯，引脚3连接四点阵二极管阵列的公共端，引脚8和引脚9连接热敏电阻3，引脚10和引脚12连接半导体制冷器，引脚11连接封装后外部的壳体，其余引脚1和引脚2未使用。

将封装好的壳体设置于金属管壳4内部，金属管壳4的顶端设置有石英玻璃窗，四点阵红外二极管阵列中光敏二极管管芯的光敏面朝向金属管壳4顶端的石英玻璃玻璃窗，便于接受探测光源。金属管壳4同轴设置于铝合金的光学镜筒5的底部，金属管壳4与光学镜筒5的底部设置有铝合金圆盘5-2，并将封装好的壳体紧贴铝合金圆盘5-2，同时将封装后的引脚穿过铝合金圆盘5-2，通过螺钉螺母将铝合金圆盘5-2与金属管壳4、光学镜筒5固定。并利用导热硅脂将铝合金圆盘5-2与光学镜筒5紧密接触导热，以保证四点阵红外二极管阵列中光敏二极管管芯制冷效果良好。光学镜筒5的前端设置有镀膜红外锗玻璃。通过镀膜技术控制投射波长为2～8μm，同时还能挡住可见光的干扰。

本实施例中的四点阵红外二极管阵列可以替换为八点阵红外二极管、十六点红外二极管阵列或三十二点阵红外二极管阵列。其采用的封装技术可以相应的选择底部的引脚个数，便于将光敏二极管管芯的电极通过底部引脚引出来。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种多点阵中远红外波长的光子探测器，其特征在于：包括红外二极管阵列、管芯基座、半导体制冷器、热敏电阻、管壳和光学镜筒，所述的管芯基座上具有所述的半导体制冷器，所述的半导体制冷器上设置有所述的热敏电阻，所述的红外二极管阵列中每一光敏二极管管芯均设置于所述的热敏电阻上，所述的红外二极管阵列、管芯基座、半导体制冷器和热敏电阻封装在金属壳内，置于所述的管壳底部，该管壳置于所述的光学镜筒底部。

2.根据权利要求1所述的一种多点阵中远红外波长的光子探测器，其特征在于：还包括有导热金属圆盘，所述的管壳与所述的光学镜筒的底部固定有该导热金属圆盘。

3.根据权利要求1所述的一种多点阵中远红外波长的光子探测器，其特征在于：还包括有玻璃窗，所述的管壳的顶部设置有该玻璃窗。

4.根据权利要求1所述的一种多点阵中远红外波长的光子探测器，其特征在于：还包括有红外透镜，所述的光学镜筒的顶部设置有该红外透镜。

5.根据权利要求4所述的一种多点阵中远红外波长的光子探测器，其特征在于：所述的红外透镜的投射波长为2～8μm。

6.根据权利要求1所述的一种多点阵中远红外波长的光子探测器，其特征在于：所述的红外二极管阵列为四点阵以上红外二极管阵列。

7.根据权利要求6所述的一种多点阵中远红外波长的光子探测器，其特征在于：所述的四点阵以上红外二极管阵列为四点阵红外二极管阵列、八点阵红外二极管阵列、十六点阵红外二极管阵列或三十二点阵红外二极管阵列。

8.根据权利要求7所述的一种多点阵中远红外波长的光子探测器，其特征在于：当所述的四点阵以上红外二极管阵列选择为四点阵红外二极管阵列时，内部四个光敏二极管管芯呈直线阵列或四象限十字阵列。

9.根据权利要求1所述的一种多点阵中远红外波长的光子探测器，其特征在于：所述的封装采用TO-8封装外形。

10.根据权利要求9所述的一种多点阵中远红外波长的光子探测器，其特征在于：所述的TO-8封装外形留有12个底部引脚，该底部引脚与所述的红外二极管阵列、半导体制冷器、热敏电阻相连接。