CN2264390Y

CN2264390Y - 热释电型红外线探测器

Info

Publication number: CN2264390Y
Application number: CN 95223309
Authority: CN
Inventors: 陈万来; 简碧尧; 林仲贤
Original assignee: Everspring Industry Co Ltd
Current assignee: Everspring Industry Co Ltd
Priority date: 1995-09-27
Filing date: 1995-09-27
Publication date: 1997-10-08
Anticipated expiration: 2005-09-27

Abstract

一种热释电型红外线探测器，利用热绝缘材料及热传导率较低的材料来减少热释电型红外探测器的晶片的热量经由辐射和对流而散逸，及减少热释电型红外线探测器的晶片的热量经由晶片本身的导线和金属壳的导线传导而散逸。即利用热绝缘材料及热传导率较低的材料的方法来减少热释电型红外线探测器的热流及热导，改善热释电型红外线探测器的低频响应，藉以侦测移动速度较缓慢的物体。本实用新型的热释电型红外探测器，除了提供使用者灵敏度大、稳定性高的侦测能力外，同时克服了传统热释电型红外线探测器的致命伤——低频无法响应，使本创作得以针对缓慢移动的物体进行侦测，大大地提高了热释电型红外线探测器的使用范围。

Description

热释电型红外线探测器

本实用新型涉及一种热释电型红外线探测器(Pyroelectric Infrared Radiation Detector，PIR)，尤其涉及一种利用热绝缘材料及热传导率较低的材料的方法，来减少热释电型红外线探测器热导，改善热释电型红外线探测器的低频响应，如此便可以侦测出移动速度较缓慢的物体，增加热释电型红外线探测器的灵敏度、稳定性、与侦测能力。

目前市面上，热释电型红外线探测器，普遍应用于预防犯罪及预防灾害的领域中，如应用在检测入侵者、检测危险场所人员的进入、火灾检知等等的预防犯罪、防灾系统，及照明的自动点灯、熄灯、自动门、以及烹调器具的应用，等等。

热释电型红外线探测器可用来量测红外线的波长很广，并且可在室温下使用。传统的热释电型红外线探测器，因限于热释电型红外线探测本身元件及外部电路的限制，其频率响应呈带通(Band Pass)现象，即频率响应在低频截止频率之前及高频截止频率之后的频带皆会被过滤掉，所在以检测物体的移动，若物体的移动速度较缓慢时，即为低频响应的情况下，利用传统的热释电型红外线探测器便无法侦测出，因而造成物体入侵，或灾害发生等情形。

传统的热释电型红外线探测器的热量散逸有二种方式，如图1及图2所示，一为热释电型红外线探测器的热释电晶片和外壳的金属导线经由传导(图1、图2的实线箭头)而散失热量，另一为热释电型红外线探测器的热释电晶片直接经由对流及辐射(图1、图2的虚线箭头)而散失热量。

有鉴于此，本实用新型的热释电型红外线探测器，即分别针对上述这二种会散失热量的缺点为设计基础，而研究开发出以利用热绝缘材料及热传导率较低的材料的方法，来降低热释电型红外线探测器的热流及热导，改善热释电型红外线探测器的低频响应，以便侦测出移动速度较慢的物体，亦即在低频响应时，利用本创作可提供使用者灵敏度大、稳定性高，侦测能力强的热释电型红外线探测器。

本实用新型为一种热释电型红外线探测器，包括：一上盖、一滤光镜、一热释电晶片、二支撑柱、一基座、一下底座、及三支电气接脚。

该上盖，系为圆柱形的金属材料，该上盖上方设有一长方型开口窗；

该滤光镜，装置在上盖内壁的开口窗，用以过滤不必要的可视光，只通过7-14μm的红外光线；

该热释电晶片，上方蒸镀有吸热物质如铬(Cr)，用以吸收红外线光，藉以造成热释电晶片的热释电效应；

该二支撑柱，设于热释电晶片下方，系为长条状，用以支撑该热释电晶片，并且传导该热释电晶片所感应的热释电讯号；

该基座，设于支撑柱下方，其上方连接二个支撑柱，利用基座上方表面的焊点与上方的支撑柱接合，其下方设有若干电路元件，以取得热释电型红外线探测器的讯号；

该下底座，设于基座下方，系为圆形状，其圆形外围与上盖接合，该下底座旁设有一凸点，下底座内设有三个电气贯穿孔；

该三支电气接脚，设于下底座下方，用以作电气连接用；

本实用新型的热释电型红外线探测器，其特征在于上盖的内壁表面除了开口窗之外，其余上盖的内壁表面皆涂有热绝缘材料，例如碳粉，藉以减少热量经由辐射和对流而散逸；并且改变支撑柱的材料为低热导的材料，例如支撑柱改由镀镍(Ni)材料所制成(传统的热释电型红外线探测器其支撑柱为镀银(Ag)材料)，藉以增加支撑柱的热阻，减少热量经由传导而散逸，其支撑柱虽改由镍(Ni)材料所制成，但支撑柱不会因为了减少热量传导散逸而降低其导电的特性。

本实用新型的热释电型红外线探测器，利用热绝缘材料及热传导率较低的材料的方法，减少了热释电型红外线探测器的热释电晶片的热量经由辐射和对流而散逸，及热释电型红外线探测器的热释电晶片的热量经由热释电晶片本身的导线和金属壳的导线传导而散逸。即利用减少热释电型红外线探测器的热流及热导的方法，造成热释电型红外线探测器频率响应的截止频率偏移，改善热释电型红外线探测器的低频响应，藉以侦测出移动速度较缓慢的物体。

为了进一步了解本创作的技术原理，请详细参考热释电型红外线探测器的频率响应公式的证明：R_ν＝R₀[1+ω²τ_t ²]-1/2[1+ω²τ_t ²]^-1/2R₀＝ωAPηR/G其中，R_ν：热释电型红外线探测器的频率响应R₀：热释电型红外线探测器的频率响应强度ω：角频率τ_t：热时间常数，τ_t＝H/Gτ_e：电时间常数，τ_e＝RC

A：PIR晶片对红外线的吸收面积

P：热释电常数

η：PIR晶片对红外线的吸收率

G：热导

H：热容

R：PIR元件及外部电路的等效电阻

C：PIR元件及外部电路的等效电容

热释电型红外线探测器的截止频率取决于热释电型红外线探测器的热特性、热释电型红外线探测器本身、及外部电路的电气特性。

传统热释电型红外线探测器的R_ν的波德图(Bode Plot)如图3(a)，其中

若H/G＞RC，则ω1＝(H/G)^-1，ω2＝1/RC——(a)

若H/G＜RC，则ω1＝1/RC，ω2＝(H/G)^-1—(a′)

若外部电路的设计不造成低频衰减，则可藉由减少热释电型红外线探测器的热导G，使R₀′上升，但不改变热释电型红外线探测器的其它特性，如此便可增加R_ν的低频响应。

若(H/G)^-1＝ω1——(b)

则ω1移至ω1′，ω2不变，R_ν改为图3(b)

所以上述(b)式，减少热导G，会导致热释电型红外线探测器的频带宽度增加、热时间常数τ_t增长，频率响应强度R₀′上升，造成较佳的低频响应。

若(H/G)^-1＝ω2——(c)

则ω2移至ω2″，ω1不变，R_ν改为图3(c)

所以上述(c)式，减少热导G，会导致热释电型红外线探测器的频带宽度缩小、热时间常数τ_t增长，频率响应强度R₀”上升，造成较佳的低频响应。

为了进一步了解本发明的特征及技术内容，请详细参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图：

图1为传统的热量辐射传导图。

图2为传统的热量辐射传导剖视图。

图3为热释电型红外线探测器的波德(Bode Plot)图。

图4为本实用新型的元件分解图。

图5为本实用新型的组合立体图。

图6为本实用新型的组合剖视图。

图7为本实用新型的热量辐射传导图。

图8为本实用新型的热量辐射传导剖视图。

图9为本实用新型的实际量测到感应电压的曲线图。

表1为本实用新型的热释电型红外线探测器量测值。

表2为传统热释电型红外线探测器量测值。

附图中符号说明如下：

1 上盖 5 基座

11 开口窗 51 焊点

12 垫绝缘材料 52 电路元件

2 滤光镜 6 下底座

3 热释电晶片 61 凸点

31 吸热物质 62 电气贯穿孔

4 支撑柱 7 电气接脚

如图4至图8所示，为本实用新型的热释电型红外线探测器，包括一上盖1、一滤光镜2、一热释电晶片3、二支撑柱4、一基座5、一下底座6、及三支电气接脚7。

该上盖1，系为圆柱形的金属材料，该上盖1上方设有一长方型开口窗11；

该滤光镜2，装置在上盖1内壁的开口窗11，用以过滤不必要的可视光，只通过7-14μm的红外光线；

该热释电晶片3，上方蒸镀有吸热物质31如铬(Cr)，用以吸收红外线光，藉以造成热释电晶片3的热释电效应；

该二支撑柱4，系为长条状，用以支撑该热释电晶片3，并且传导该热释电晶片3所感应的热释电讯号；

该基座5，其上方设有二个支撑柱4，其下方设有若干电路元件52(如FET，RESISTOR等)，利用电路元件52，以取得热释电型红外线探测器的讯号，基座5上方表面的焊点51与上方的支撑柱4接合，并且基座5上方表面焊点51的背面与下方的电气接脚7接合；

该下底座6，系为圆形状，该下底座6旁设有一凸点61，下底座6内设有三个电气贯穿孔62；

该三支电气接脚7，用以作电气连接用；

本实用新型的热释电型红外线探测器，其特征在于上盖1的内壁表面除了开口窗11之外，其余上盖1的内壁表面皆涂有热绝缘材料12，例如碳(Carbon)粉，藉以减少热量经由对流及辐射(图7、图8的虚线箭头)而散逸；并且改变支撑柱4的材质为低热导的材料，例如支撑柱4改由镀镍(Ni)材料所制成(传统的热释电型红外线探测器其支撑柱4为镀银(Ag)材料)，藉以增加支撑柱4的热阻，减少热量经由传导(图7、图8的实线箭头)而散逸，其支撑柱4虽改由镀镍(Ni)的材料所制成，但不影响支撑柱4为了减少热量传导散逸，而会降低其导电的特性。

本实用新型的热释电型红外线探测器，利用热绝缘材料及热传导率较低的材料来减少热释电型红外线探测器的热释电晶片的热量经由辐射和对流(图7、图8的虚线箭头)而散逸，及热释电型红外线探测器的热释电晶片的热量经由热释电晶片本身的导线和金属壳的导线传导(图7、图8的实线箭头)而散逸。即利用热绝缘材料及热传导率较低的材料的方法来减少热释电型红外线探测器的热流及热导，造成热释电型红外线探测器频率响应的截止频率偏移，改善热释电型红外线探测器的低频响应，增加热释电型红外线探测器的低频响应强度，藉以侦测出移动速度较缓慢的物体，增加热释电型红外线探测器的灵敏性、安定性，与侦测能力。

如图9所示，为本实用新型的实际测到感应电压的曲线图，红外光线经一截波器(Chopper)设定的频率来截取红外光线，热释电型红外线探测器在截波器后探测红外光线，探测到红外光线的信号送至放大电路，经放大电路而输出电压的峰对峰值，由截波器的频率与探测器探测到的信号，绘出频率响应对电压输出的曲线图，X轴为截波器的频率(Hz)，Y轴为探测到电压的峰对峰值(v_pp)；参考表1及表2所示，Type1代表传统热释电型红外线探测器量测五次的平均曲线，Type2代表本实用新型的热释电型红外线探测器量测十次的平均曲线，由Type1与Type2的曲线比较可以看出，本实用新型的超低频热释电型红外线探测器，在低频时其探测到的电压信号有明显的提升，证实本创作的热释电型红外线探测器的可行性。

本实用新型的热释电型红外线探测器，除了提供使用者灵敏度大、稳定性高的侦测能力，同时克服了传统热释电型红外线探测器的致使伤--低频无法响应，使本创作得以针对缓慢移动的物体进行侦测，大大地提高了热释电型红外线探测器的使用范围。上述的实施例充分地说明了本实用新型的目的、特征及功效。

Claims

1、一种热释电型红外线探测器，包括：

一上盖，系为圆柱形的金属材料，该上盖上方设有一长方型开口窗；

一滤光镜，装置在上盖内壁的开口窗，用以过滤不必要的可视光，只通过7-14μm的红外光线；

一热释电晶片，上方蒸镀有吸热物质如铬(Cr)，用以吸收红外线光，藉以造成热释电晶片的热释电效应；

二支撑柱，设于热释电晶片下方，系为长条状，用以支撑该热释电晶片；

一基座，设于支撑柱下方，其上方连接二个支撑柱，其下方设有若干电路元件，利用基座上方表面的焊点与上方的支撑柱接合，并且基座利用上方表面焊点的背面与下方的电气接脚接合；

一下底座，设于基座下方，系为圆形状，其圆形外围与上盖接合，该下座旁设有一凸点，下底座内设有三个电气贯穿孔；及

三支电气接脚，设于下底座下方，用以作电气连接用；

其特征在于，上盖内壁表面除了开口窗部份之外，其余上盖内壁表面皆涂有碳粉热绝缘材料，且改变支撑柱的材料为镀镍的低热导的材料。