CN107607206B - 一种无损测试红外探测器峰值电压的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无损测试红外探测器峰值电压的方法，该方法包括如下步骤：直到万用表电压显示到5±0.5V，记下此时的万用表及皮安计读数，分别为第一电压V₁及第一电流I₁，根据第一电压V₁及第一电流I₁得出第一电阻R₁；当万用表显示电压在30V以上时，减小直流电源电压递增步长为1V～3V，并不断记下万用表的读数和皮安计的读数，根据万用表的读数和皮安计的读数实时得到电阻值R₂’；当R₁/R₂’为1.8～2.1时，停止增加直流电源电压并记下此时的万用表的读数即第二电压V₂和皮安计的读数即第二电流I₂，得到第二电阻R₂；得到红外探测器的灵敏元薄片的热阻阻抗Z；得到红外探测器的灵敏元薄片的峰值电压V_P。本发明解决了红外探测器的灵敏元薄片易受损伤的问题。

Description

一种无损测试红外探测器峰值电压的方法

技术领域

本发明属于光电探测领域，尤其涉及一种无损测试红外探测器峰值电压的方法。

背景技术

热敏电阻型红外探测器在使用时外加偏置电压，利用热敏电阻对温度的敏感特性来改变电路中电流强度的大小，从而得到相应的电信号。对于NTC热敏电阻，当加在热敏元件上的偏置电压大于峰值电压时，元件电阻会急剧下降，电流迅速增加，温度迅速增高，进而导致热敏电阻烧毁。因此，峰值电压是使用者选择偏置电压的重要依据。对于热敏电阻峰值电压可利用伏安特性进行测量。NTC热敏电阻的伏安特性如图1所示。

当通过元件的电流较小时，由电流引起的焦耳热很小，所以元件的阻值变化微小，基本符合欧姆定律，即动态电阻是恒量，热敏电阻的端电压V和电流强度I呈线性关系。当电流逐渐增大时，焦耳热增大，导致元件阻值下降、电流增加，此时电压虽然也在增加，但其增加速度比电流慢，因此动态电阻减小，伏安特性曲线发生弯曲。当电流增加到一定值时，热敏电阻端电压达到最大值，被称为峰值电压，此刻动态电阻为0。随后继续增大电流强度，由于电阻迅速下降，端电压反而降低，出现动态电阻为负值的负阻区。

传统的测试方法直接对红外探测器主片或补片施加电压，所加偏压需要达到峰值电压进行测量，由于峰值电压是红外探测器的极限偏压，因此此过程会造成器件损坏或性能下降，是影响红外探测器在轨使用可靠性的重大隐患。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为克服现有技术的不足，提供一种无损测试红外探测器峰值电压的方法，解决了红外探测器的灵敏元薄片易受损伤的问题。

本发明的技术方案是：一种无损测试红外探测器峰值电压的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将直流电源电压降为0V，将红外探测器主片对应的管脚插入对应的两根接插孔，逐步调大直流电源电压，直到万用表电压显示到5±0.5V，记下此时的万用表及皮安计读数，分别为第一电压V₁及第一电流I₁，根据第一电压V₁及第一电流I₁得出第一电阻R₁；

(2)按照5V的步长逐渐调大直流电源电压，当万用表显示电压在30V以上时，减小直流电源电压递增步长为1V～3V，并不断记下万用表的读数和皮安计的读数，根据万用表的读数和皮安计的读数实时得到电阻值R₂’；当R₁/R₂’为1.8～2.1时，停止增加直流电源电压并记下此时的万用表的读数即第二电压V₂和皮安计的读数即第二电流I₂，根据第二电压V₂和第二电流I₂得到第二电阻R₂；

(3)根据第一电压V₁及第一电流I₁得到第一功率W₁，根据第二电压V₂和第二电流I₂得出第二功率W₂，根据第一功率W₁、第二功率W₂、第一电阻R₁和第二电阻R₂得到红外探测器的灵敏元薄片的热阻阻抗Z；

(4)根据外界温度T₀得到红外探测器的灵敏元薄片的峰值电压时的温度T_p；

(5)根据热阻阻抗Z、第一电阻R₁、峰值电压时的温度T_p和外界温度T₀得到红外探测器的灵敏元薄片的峰值电压V_P。

上述无损测试红外探测器峰值电压的方法中，在步骤(1)中，第一电阻R₁的公式为：R₁＝V₁/I₁。

上述无损测试红外探测器峰值电压的方法中，在步骤(2)中，第二电阻R₂的公式为：R₂＝V₂/I₂。

上述无损测试红外探测器峰值电压的方法中，在步骤(3)中，第一功率W₁的公式为：W₁＝V₁×I₁；第二功率W₂的公式为：W₂＝V₂×I₂；红外探测器的灵敏元薄片的热阻阻抗Z的公式为：Z＝(2.303/α)×{log₁₀(R₁/R₂)/(W₂-W₁)}，其中，α为电阻温度系数。

上述无损测试红外探测器峰值电压的方法中，在步骤(4)中，红外探测器的灵敏元薄片的峰值电压时的温度T_p的公式如下：

其中，T₀为外界温度，B为红外探测器的灵敏元薄片的材料常数。

上述无损测试红外探测器峰值电压的方法中，在步骤(5)中，红外探测器的灵敏元薄片的峰值电压V_P的公式如下：V_P＝[(R₀×(T_p-T₀))/3Z]^1/2。

上述无损测试红外探测器峰值电压的方法中，在步骤(2)中，一定的步长为5V，减小直流电源电压递增步长为1V～3V。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用峰值电压推算法(非直接法)，可以在偏置电压低于峰值电压(不超过80％)的安全区域内进行测试，探测器所加偏压较低，解决了红外探测器的灵敏元薄片易受损伤的问题。

(2)本发明的方法可以用于所有型号的热敏电阻红外探测器，能够避免过高偏压对红外探测器的损伤，同时可以推广应用于所有NTC半导体器件的峰值电压测试。该方法克服了峰压测试过程对红外探测器造成损伤、影响其可靠性的缺点，具有无损、易于实现、测试精度高的优点，该技术应用后探测器合格率明显提升，在技术上有较强的创造性。该技术应用于红外探测器后，有助于提高其可靠性及使用寿命。

附图说明

图1为现有技术中NTC热敏电阻伏安特性曲线；

图2为本发明的峰压无损测试原理框图；

图3为本发明的无损测试红外探测器峰值电压的方法的流程图。

具体实施方式

图2为本发明的峰压无损测试原理框图。如图2所示，该方法主要利用热敏电阻型红外探测器加电工作产生热功耗，阻值降低的原理进行测试。直流电源提供稳定的直流电压；接插件为适应红外探测器管脚特制的插拔式专用工装，便于更换探测器；为避免过流损伤红外探测器，电路中增加了限流电阻；采用数字万用表并设置为电压挡，实现对探测器两端工作电压的实时测量；由于该回路中电流值很低，为提高测试精度采用皮安计进行工作电流的实时测量。

图3为本发明的无损测试红外探测器峰值电压的方法的流程图。如图3所示，该方法主要包括以下步骤：

(1)5V偏压下阻值计算

a)将直流电源电压降为0V；

b)将红外探测器主片对应的管脚插入对应的两根接插孔，逐步调大直流电源电压，直到万用表电压显示到5±0.5V；

c)记下此时的万用表及皮安计读数，分别为第一电压V₁及第一电流I₁；

d)根据第一电压V₁及第一电流I₁计算出此时的阻值记为第一电阻R₁。具体的，第一电阻R₁的公式为：R₁＝V₁/I₁。

(2)逐步增加偏压并计算阻值

a)按照5V的步长逐渐调大直流电源电压，并不断记下万用表和皮安计的读数，根据万用表的读数和皮安计的读数实时得到电阻值R₂’；

b)当万用表显示电压在30V以上时，应减小直流电源电压递增步长为1～3V，随着电压升高及R1/R₂’比值的增加，步长应逐渐减小。

(3)判断电压不再增加时机

a)当某一时刻满足R1/R2为1.8～2.1时，停止增加电压并记下此时的万用表的读数即第二电压V₂和皮安计的读数即第二电流I₂，根据第二电压V₂和第二电流I₂得到第二电阻R₂；具体的，第二电阻R₂的公式为：R₂＝V₂/I₂。

进一步的，还包括b)将直流电源电压降为0V，更换新的红外探测器。

(4)利用公式计算出峰值电压

峰压计算可以按照以下流程分步计算，也可以采用Excel等工具编程后进行批次处理：

a)根据第一电压V₁及第一电流I₁得到第一功率W₁。具体的，第一功率W₁的公式为：W₁＝V₁×I₁。

b)根据第二电压V₂和第二电流I₂得出第二功率W₂。具体的，第二功率W₂的公式为：W₂＝V₂×I₂。

c)根据第一功率W₁、第二功率W₂、第一电阻R₁和第二电阻R₂得到红外探测器的灵敏元薄片的热阻阻抗Z。具体的，红外探测器的灵敏元薄片的热阻阻抗Z的公式为：

Z＝(2.303/α)×{log₁₀(R₁/R₂)/(W₂-W₁)}，

其中，α为电阻温度系数。

d)根据外界温度T₀得到红外探测器的灵敏元薄片的峰值电压时的温度T_p，如下式：

其中，T₀为外界温度，B为红外探测器的灵敏元薄片的材料常数。

e)根据热阻阻抗Z、第一电阻R₁、峰值电压时的温度T_p和外界温度T₀得到红外探测器的灵敏元薄片的峰值电压V_P。

具体的，红外探测器的灵敏元薄片的峰值电压V_P的公式如下：

V_P＝[(R₀×(T_p-T₀))/3Z]^1/2。

本实施例的无损方法与现有技术的直接法测试结果对比如下：

制备了20只30-A型红外探测器试验件，首先按照无损法进行测试，随后采用原有直接法进行测试，结果对比如下表所示，无损法与直接法测试结果基本一致。

表1峰值电压无损测试与直接法测试结果对比

从表1中可以看出，本实施例可以在偏置电压低于峰值电压的安全区域内进行测试，且峰值电压测试数据与直接法测试结果对比，两者峰值电压测数据最大偏差不超过2％，说明此方法测试数据准确。该方法避免了红外探测器的灵敏元薄片被直接施加峰值电压易受损伤的问题，有助于提高红外探测器的可靠性及使用寿命。

本发明采用峰值电压推算法(非直接法)，可以在偏置电压低于峰值电压(不超过80％)的安全区域内进行测试，探测器所加偏压较低，解决了红外探测器的灵敏元薄片易受损伤的问题；并且本发明的方法可以用于所有型号的热敏电阻红外探测器，能够避免过高偏压对红外探测器的损伤，同时可以推广应用于所有NTC半导体器件的峰值电压测试。该方法克服了峰压测试过程对红外探测器造成损伤、影响其可靠性的缺点，具有无损、易于实现、测试精度高的优点，该技术应用后探测器合格率明显提升，在技术上有较强的创造性。该技术应用于红外探测器后，有助于提高其可靠性及使用寿命。

以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种无损测试红外探测器峰值电压的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)将直流电源电压降为0V，将红外探测器与接插件相连接，调大直流电源电压，直到万用表电压显示到5±0.5V，记下此时的万用表及皮安计读数，分别为第一电压V₁及第一电流I₁，根据第一电压V₁及第一电流I₁得出第一电阻R₁；

(2)按照一定的步长调大直流电源电压，当万用表显示电压在30V以上时，减小直流电源电压递增步长，并实时记下万用表的读数和皮安计的读数，根据万用表的读数和皮安计的读数实时得到电阻值R₂’；当R₁/R₂’为1.8～2.1时，停止增加直流电源电压并记下此时的万用表的读数即第二电压V₂和皮安计的读数即第二电流I₂，根据第二电压V₂和第二电流I₂得到第二电阻R₂；

(3)根据第一电压V₁及第一电流I₁得到第一功率W₁，根据第二电压V₂和第二电流I₂得出第二功率W₂，根据第一功率W₁、第二功率W₂、第一电阻R₁和第二电阻R₂得到红外探测器的灵敏元薄片的热阻阻抗Z；

(4)根据外界温度T₀得到红外探测器的灵敏元薄片的峰值电压时的温度T_p；

(5)根据热阻阻抗Z、第一电阻R₁、峰值电压时的温度T_p和外界温度T₀得到红外探测器的灵敏元薄片的峰值电压V_P；其中，

在步骤(3)中，第一功率W₁的公式为：W₁＝V₁×I₁；

第二功率W₂的公式为：W₂＝V₂×I₂；

红外探测器的灵敏元薄片的热阻阻抗Z的公式为：Z＝(2.303/α)×{log₁₀(R₁/R₂)/(W₂-W₁)}，其中，α为电阻温度系数；

在步骤(4)中，红外探测器的灵敏元薄片的峰值电压时的温度T_p的公式如下：

其中，T₀为外界温度，B为红外探测器的灵敏元薄片的材料常数；

在步骤(5)中，红外探测器的灵敏元薄片的峰值电压V_P的公式如下：

V_P＝[(R₀×(T_p-T₀))/3Z]^1/2。

2.根据权利要求1所述的无损测试红外探测器峰值电压的方法，其特征在于：在步骤(1)中，第一电阻R₁的公式为：R₁＝V₁/I₁。

3.根据权利要求1所述的无损测试红外探测器峰值电压的方法，其特征在于：在步骤(2)中，第二电阻R₂的公式为：R₂＝V₂/I₂。

4.根据权利要求1所述的无损测试红外探测器峰值电压的方法，其特征在于：在步骤(2)中，一定的步长为5V，减小直流电源电压递增步长为1V～3V。