CS200684B1 - Pyroelectrical sensing element - Google Patents

Pyroelectrical sensing element Download PDF

Info

Publication number
CS200684B1
CS200684B1 CS136078A CS136078A CS200684B1 CS 200684 B1 CS200684 B1 CS 200684B1 CS 136078 A CS136078 A CS 136078A CS 136078 A CS136078 A CS 136078A CS 200684 B1 CS200684 B1 CS 200684B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
pyroelectric
sensor
plate
housing
sensor according
Prior art date
Application number
CS136078A
Other languages
Czech (cs)
Slovak (sk)
Inventor
Jiri Novak
Leos Novak
Original Assignee
Jiri Novak
Leos Novak
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiri Novak, Leos Novak filed Critical Jiri Novak
Priority to CS136078A priority Critical patent/CS200684B1/en
Publication of CS200684B1 publication Critical patent/CS200684B1/en

Links

Landscapes

  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Description

(54) Pyroelektrická Sídlo(54) Pyroelectric Address

Vynález ee týká pyroelektrickáho Sídle, urSenáho zejména pro epektroeetrlcká aplikace v infračerveném oboru.The invention relates to a pyroelectric headquarters, in particular intended for epectronic applications in the infrared field.

Probleaatlka detekce infračerveného zářeni malých výkonů je v eouSaená době řeSena bud kvantový·i detektory ee selektivní detekci, jejichž podstatnou nevýhodou je, že v obleetl ned 3 ^um vlnová dálky zářeni je žádoucí jejich Sídle přieSřenS chladit, nebo neeeloktlvnlMi detektory tepelný·! , jejichž nevýhodou je nenSl rychlost elektrická odezvy ve srovnáni e detektory kvantovými. Nejlepši eouSaený tepelný detektor je Goleyove cele, Saeto používaná při nejnárošnSjšich spektrometrlckých měřeních. Oejlmi specifickými nevýhodami Jsou relativně vysoká pořizovací náklady, omezená životnost a pro speciální aplikace poměrnS znaSný příkon.Problems of detecting infrared radiation of low power are solved either by quantum detectors or by selective detection, which is a significant disadvantage, that it is desirable to have their headquarters cooled or non-occlusal heat detectors in the sundown of 3 nm wavelengths of radiation. whose disadvantage is the non-response rate of the electrical response as compared to the quantum detectors. The best heat detector used is the Goley cell, Saeto used in the most demanding spectrometric measurements. The most specific disadvantages are the relatively high acquisition costs, limited service life and relatively high power consumption for special applications.

Uvedená nevýhody nemají, nebo principiálně nemusí mlt detektory pyroelektrická, jež při zachováni vysoká citlivosti e za pokojové teploty máji rychlejší odezvu o několik řádů. Technologie přípravy Sídel pro tyto detektory nebyla však doposud ne taková úrovni, aby pyroelektrická detektory byly schopná konkurence.These disadvantages do not have, or in principle do not have to be, pyroelectric detectors which, while maintaining high sensitivity e at room temperature, have a faster response by several orders of magnitude. So far, the technology for preparing the Detectors for these detectors has not been so high that the pyroelectric detectors are competitive.

Základní představa o uspořádáni pyroelektrickáho Sídle je tato: vleetnl Sídlo jo tvořeno deetlSkou z pyroelektrickáho materiálu e homogenní polarizaci, opatřenou elektrodami kolmými na vektor polarizace. Při zmšnš teploty doetlSky Sídla o aT vzniká na jejich elektrodách spontánní náboj aQ. jehož velikost je dánaThe basic idea of the arrangement of the pyroelectric headquarters is as follows: The seat is composed of a pyroelectric material detector with homogeneous polarization, provided with electrodes perpendicular to the polarization vector. When the temperature of the aet is reduced, spontaneous charge α is formed on their electrodes. whose size is given

200 004200 004

Ρ* Δ* .Ρ * Δ *.

kde ρ Je pyroelektrlcký koeficient užitého pyroelektrlke e A je plocha elektrod.where ρ is the pyroelectric coefficient of the pyroelectric used e A is the area of the electrodes.

Proud (zkratovaných) elektrod čidle jeCurrent (short-circuited) sensor electrodes is

I, Δϋ/ Δ*· kde δ* 3® δ··ονγ interval, ve které· ee realizuje zaéna náboje z\Q· Miao tento signálový proud X* čidlo vykazuje iuaový proud In, ktorý opoluurčujo prahovou hodnotu PR doteková tolného zářivého výkonu nazývanou NEP (Nolee Equvlvalent Power). Mlniaallzovat Pn zneaoná •exlaellzovet poaěr lg/Xn za podainky, že dopadající zářivý výkon na vlastni čidlo zůstává konstantní. Znamená to aaxlaallzovat koeficient abeorpee čidle, alnlaalizovat jeho tlouitku i aktivní ploohu, tepelnou vodivost aezl čidle· a jeho okolla a zvolit aateriál e vhodnýal aaterlálovýai kenetantaai. Z uvedených požadavků je největší· probláaea zajistit neaelektlvnl e zároveň vysokou absorpci v celáa infračervená· oboru a minimalizovat tepelnou výačnu mezi čidlem a okolla, již je úměrná teplotní komponenta šuaováho proudu Xn daného jakoI, Δϋ / Δ * · where δ * 3® δ ·· ονγ interval in which ee realizes charge charge from \ Q · Miao this signal current X * sensor has iu current I n , which co-determines threshold value P R radiant power called NEP (Nolee Equalvalent Power). Mlniaallzovat P n • zneaoná exlaellzovet poaěr l g / podainky X n for the incident radiant power at the own sensor remains constant. This means aaxlaallizing the abeorpee coefficient of the sensor, alnlaalizing its thickness and active area, thermal conductivity of the sensor and its surroundings, and choosing the appropriate and aaterial kenetantaai. Of these requirements is to ensure the largest probláaea · e neaelektlvnl simultaneously high absorption in all infrared · art and minimize thermal výačnu between the sensor and okolla already component is proportional to the thermal power X n šuaováho given as

In - < *0 ♦ *TZ ♦ *TV * 4» )V2 · w·I n - <* 0 ♦ * TZ ♦ * TV * 4 ») V2 · w ·

13 je tepelný (Oohnaonův) iuaový proud a 1τζ, ίγγ, lTp jsou teplotní Sualvá proudy odpovídající výměně teple aezl čidle· e okolla, e to zářeni·, voděním, resp. proudinla.1 3 is the thermal (Oohnaon) ionic current and 1 τζ , ίγγ, l T p are the temperature dual currents corresponding to the exchange of heat and the ambient sensor, whether it is radiation, watering, resp. proudinla.

Velikost komponenty i-j je závislá ne zalnčnýeh materiálových konstantách; iTZ je koaponente omezující z principu Ideální detektor.The size of component ij is dependent on the material constants; i TZ is a coaponent of the Ideal Detector principle.

V doposud známých uspořádáních pyroelektriekých čidel jo destičko vlastního čidla upevněna buá na nosná podložce nebo prstenci, člaž je určena velikost tepelná výměny aezl čidlem a okolla, aejlel přlaou eouvleloet e velikosti ěuaové koaponenty ijy ve eayalu předchozího odstavce.In the prior art pyroelectric sensor arrangements, the sensor plate itself is mounted either on a support or ring, the size of the heat exchange being determined by the sensor and the surrounding area, and also by the size of the co-component ijy in the previous paragraph.

Mlniaallzovat iuaový proud XR minimalizaci koaponenty ijy α 1γρ je vlaetnla účele· vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že pyroelektrlcká destička vlastního čidla Je upevněna ve volném prostoru hermeticky utěsněného pouzdře poaoel přívodních vodičů tvořících nosný eyetáa pyroelektrlcká destičky, přičemž tyto přívodní vodiče jsou v úrovni pyroelektrlcká destičky vůči eebě alaoběžně zkříženy o jejich konec jsou vodivě připojeny k průchozím vodičům. Pouzdro čidla může být heraetlcky utěsněno a k vnitřní ploěe pouzdra čidla aúžo být připevněno euěldle v pevná· skupenství. Spektrální propustná okénka mohou být tvořena pružnou membránou. Pyroelektrlcká deatlčka aůže být vytvořena z fělle pyroelek trickáho polyaeru.To minimize ionic current X R minimizing co-component ijy α 1γ ρ is an object of the present invention to provide a pyroelectric plate of its own sensor. It is mounted in the free space of a hermetically sealed housing at the level of the pyroelectric plate relative to the eeb and cross-circuited by their end, they are conductively connected to the conductors. The sensor housing may be heraetically sealed to the inner surface of the sensor housing and may be fixed in a solid state. Spectral transmission windows may be formed by a flexible membrane. The pyroelectric spacer may be formed from a bleached pyroelectric polyaer.

Přiklad provedeni pyroelektrlekáho čidla podle vynálezu je znázorněn na přiložená· výkrese, kde obr. 1 předetavuje osový řez pyroelektrlekýa čidle· e na obr. 2 je pyreelektrická čidlo znázorněno v rovině řezu A-A z obr. 1.An exemplary embodiment of a pyroelectric sensor according to the invention is shown in the accompanying drawing, in which Fig. 1 shows an axial section of the pyroelectric sensor. In Fig. 2, the pyreelectric sensor is shown in section plane A-A of Fig. 1.

Pyroelektrlcká destička £ je opatřena vodlvýal abeorpčnlal vrstvami 2, 3, z nlehžThe pyroelectric plate 6 is provided with water-borne and absorbent layers 2, 3 of which

200 004 každá je kapičkou vodivého tmelu 6, 7 elektrovodlvá upevněna k příslušnému vodiči 4» 5.200 004 each is fixed by a droplet of conductive sealant 6, 7 to the respective conductor 4, 5.

Vodiče 4, 5 jsou vytvořeny tak. že tepelná vodivost každého z nich je menši nežThe conductors 4, 5 are designed so. that the thermal conductivity of each is less than

1,3 . 10“2 YK1 a“l S_1 a jejich prOřez Je v rozmezí 0,1 ^/um2 až 8 yum2. Vodiče 4, 5 jsou elmoběžně zkříženy a jejich konce jsou přivařeny e mechanicky zafixovány kaplčkael vodivého tmelu 101. 102. 103. 104. k jim příslušným průchodlclm vodičům 81. 82, 83. 84. prflchodek 91. 92, 93, 94 základová destičky 11 pouzdře čidla. Základová destička 11 pouzdra čidle, opatřená spektrálně propustný· okénkem 14 hermeticky přltaelenýa ve epojl 163. je kryta vlčkem 12 hermeticky přltmeleným ve Spoji 162. Vičko 12 je opatřeno spektrálně propustným okénkem 13 hermeticky přltaelenýa ve spoji 161. Na základová destičce 11 je přitmelen materiál 151. 152. 153. 154 a vlastnostmi sorbce vlhkosti.1.3. 10 "2 YK 1" _1 l S and the LOP is between 0.1 ^ / um 2-8 .mu.m second The conductors 4, 5 are cross-linked and their ends are welded and mechanically fixed by the conductive mastic capsule 101, 102, 103, 104 to their respective conductors 81, 82, 83, 84, the grommet 91, 92, 93, 94 the base plates 11. sensor housings. The sensor housing base plate 11 provided with a spectrally permeable window 14 hermetically sealed in the epoxy 163. is covered by a wolf 12 hermetically sealed in the joint 162. The cap 12 is provided with a spectrally permeable window 13 hermetically sealed in the joint 151. 152. 153. 154 and moisture sorption properties.

Modulovaná zářeni ve spektrálním oboru propustnosti okénka 13 dopadající na vodivou absorpční vrstvu 2 vyvolává teplotní modulaci pyroelektrická destičky 1 a tím odpovídající střídavý signál na vodivých absorpčních vrstvách 2, 3, která vykonávají funkci elektrod. Tento signál je prčchodlcíal vodiči 81, 82, 83, 84 přiveden na neznázorněná vyhodnocovací obvody, která mohou být s výhodou umístěny v Integrovaná formě přímo v pouzdru čidla složeného ze základová destičky 11 a vlčka 12. V některých aplikačních případech může být výhodné použit vlče pyroelektrických destiček JL ualetěných v řadě vedle eebe, přičemž jeden noený vodič je epolečný věem destičkám a druhý vodič každá destičky je vyveden Individuálně.The modulated radiation in the spectral region of the transmittance of the window 13 impinging on the conductive absorber layer 2 induces temperature modulation of the pyroelectric plate 1 and hence the corresponding alternating signal on the conductive absorber layers 2, 3, which function as electrodes. This signal is passed through conductors 81, 82, 83, 84 to an evaluation circuit (not shown), which may advantageously be placed in an integrated form directly in the sensor housing consisting of a base plate 11 and a wolf 12. In some application cases it may be advantageous to use wolf pyroelectric The wires are fused in a row next to the eebe, with one wired conductor being equal to the wafers and the other wires of each wiring being individually led.

V případě použiti pyroelektrlckáho čidla podle vynálezu jako kalibračního radlometru umleti se k okénku 14 kalibrovaný zdroj zářeni, jehož zářeni je modulováno stejnou frekvenci jako zářeni detekovaná, ale e opačnou fázi.If the pyroelectric sensor according to the invention is used as a calibration radial, a calibrated radiation source is ground to the window 14, the radiation of which is modulated at the same frequency as the radiation detected but the opposite phase.

Pyroelektrická čidlo podle vynálezu je možno použit i pro vysoce náročná použiti ve spektrometrii, kde kromě požadavku vysoká prahová citlivosti je 1 požadavek neselektivnoetl odezvy v širokém rozsahu do dalekého infračerveného oboru. Problém spektrálně nezávislá absorpce vlastního čidla bývá řečen absorpci materiálu vlastního čidle a v případě jsjl nedostatečnosti bývá použita pomocná abeorpčnl vrstva v tepelném kontaktu e vlastním čidlem. Ke spektrosetrlckým účelům v šlrokóm Infračerveném oboru lze použít pouze abeorpčnl vrstvy kovová, jež poskytuji i v dalekém infračerveném oboru neeelektlvnl absorpci se zanedbatelnou tepelnou setrvačnosti. Naneseni optimální tloušřky táto vrstvy je individuálně závislá na druhu kovu, nebo elitlny vlče kovů a je spojeno ee značnými optimalizačními technologickými obtížemi. Relativní nevýhodou kovová absorpční vrstvy je její vysoká odrazivoet e negativními důsledky ne velikost signálového proudu le. Tento nedostatek js možno odstranit použitím speciálních čornl se zanedbatelnou odrazivoetl. Tyto černě však nejsou použitelná v dalekém Infračerveném oboru. Ooeud není známo uspořádáni čidla, která při zachováni špičková hodnoty Pn řádově 1θ“^^/Ηζ ^2 Je použitelná i v dalekém infračerveném oboru.The pyroelectric sensor according to the invention can also be used for highly demanding applications in spectrometry, where in addition to the high threshold sensitivity requirement, there is a non-selectively wide response requirement in the far infrared range. The problem of spectrally independent absorption of the sensor itself is the absorption of the material of the sensor itself, and in the case of insufficiency an auxiliary abeorption layer is used in thermal contact with the sensor itself. For the spectroscopic purposes in the infrared wavelength range, only the metal abeorption layers can be used, which, even in the far infrared region, provide non-electromagnetic absorption with negligible thermal inertia. The application of an optimum thickness of this layer is individually dependent on the type of metal or the elite of the metal and is associated with considerable optimization technological difficulties. The relative disadvantage of the metal absorbing layer is its high odrazivoet e negative consequences not the size of the signal current I e. This drawback can be remedied by using special blades with negligible reflectors. However, these blacks are not applicable in the far infrared range. Ooeud has no known sensor arrangement which, while maintaining a peak value of P n of the order of 1θ "^^ / Ηζ ^ 2, is also applicable in the far infrared range.

Obě výše uvedená vleetnoeti naopak má pyroelektrická čidlo v uspořádáni podle vynálezu, kde například pyroelektrická destička 1 vyříznutá z krystalu trlglycinsulfátu ve směru kolmém na jeho polární osu a vybroušená do tloušřky cca 10 /um Je opatřena vodivýmiBoth of the aforementioned sailplanes have a pyroelectric sensor in the arrangement according to the invention, wherein, for example, a pyroelectric plate 1 cut from a crystal of trglycine sulfate in a direction perpendicular to its polar axis and ground to a thickness of about 10 µm is provided with conductive

200 804 absorpčními vrstvami o složeni například 80 % NI a 20 % Cr a o tlouifca oea 10“2 /m.200 804 absorbent layers having a composition of, for example, 80% Ni and 20% Cr and a thickness of 10 2 / m.

Zatímco dosud známé pyroelektrlcké čidla jsou vhodné pro datakci zářeni v blízkém a středním Infračerveném oboru, přičemž jejich špičkový, laboratorně dosažený NEP jo udáván PR 10”^^/Hz^2 , Jo takto připravená pyroelektrlcké čidlo výhodná pro detekci i v dalekém infračerveném oboru, navíc při řádová stejném NEPu. Zároveň splňuje předpoklady snadnější dostupnosti, naž by tomu bylo u výrobků zahraničních.While the prior art pyroelectric sensors are suitable for near and medium infrared radiation data, with their peak, laboratory-achieved NEP being reported as P R 10 ^ ^ / Hz ^ 2 , the pyroelectric sensor thus prepared is also suitable for remote infrared detection. , in addition, the order of the same NEP. At the same time, it meets the prerequisites for easier availability, as would be the case with foreign products.

Další možná použiti pyroolektriokáho čidla podle vynálezu je detekce hmotového vlněni prostředí, ktorá jo obklopuje, zejména v aubaktuatlekám oboru, a to v tom připadá, jestliže okénko 13, popřípadě okénko 14, jsou vytvořena z pružná přepážky, např, fólie.Another possible use of the pyroolectric sensor according to the invention is the detection of the mass wave of the surrounding environment, especially in the aubactuatle of the field, and this is the case if the window 13 or the window 14 are formed from a resilient partition, e.g.

Pyroelektrlcké čidlo podle vynálezu jo možno o výhodou použit v infračervená spektrometrii, zejména v dalekém infračerveném oboru, jako kalibračního radioaotru, v Infračerveném radaru v součinnosti a laserem např. COg apod.The pyroelectric sensor according to the invention can advantageously be used in infrared spectrometry, in particular in the far infrared range, as a calibration radioaotr, in an infrared radar in cooperation with a laser, e.g. COg and the like.

Claims (4)

P fi E D Μ £ T VYNALEZUP fi E D Μ £ T INVENTION 1. Pyroelektrlcké čidlo obsahující pyroelektrickou destičku opatřenou vodivými abaorpčnlal vrstvami vodivá spojenými a přívodními vodiči a uloženou v pouzdře opatřeném alespoň jedním transparentním okénkem umístěným proti pyroelektrická destičce, vyznačená tlm, že pyroelektrlcké destička /1/ vlastního čidla ja upevněna va volném prostoru pouzdra sestaveného ze základové destičky /11/ a vlčka /12/ pomoci přívodních vodičů /4,5/ tvořících nosný ayatém pyroelektrioké destičky /1/, přičemž přívodní vodiče /4,5/ jsou v úrovni pyroelektrické destičky /1/ vůči sobě mimobéžně zkříženy a Jejich konoo jsou vodivě připojeny k průchozím vodičům /81,82,83,84/.A pyroelectric sensor comprising a pyroelectric plate provided with conductive and absorbent layers of conductive bonded and lead wires and housed in a housing provided with at least one transparent window positioned opposite the pyroelectric plate, characterized in that the pyroelectric plate (1) of the housing itself is mounted in the free space pads (11) and wolf (12) by means of lead wires (4,5) forming a carrier and pyroelectric wafers (1), wherein the lead wires (4,5) are at the level of the pyroelectric wipe (1) extremely crossed with each other conductively connected to through conductors (81,82,83,84). 2. Pyroelektrlcké čidlo podle bodu 1, vyznačené tlm, že pouzdro čidla je haroatleky utěsněno a k vnitřní ploše pouzdra čidla je připevněno ouěldlo /6/ v pevném skupenství.2. A pyroelectric sensor according to claim 1, characterized in that the sensor housing is sealed in a sealed manner and a solid state material (6) is attached to the inner surface of the sensor housing. 3. Pyroelektrlcké čidlo podle bodu 1, vyznačené tlm, že spektrální propustné okénka /13,14/ jsou tvořena pružnou membránou.3. Pyroelectric sensor according to claim 1, characterized in that the spectral transmissive windows (13, 14) are formed by a flexible membrane. 4. Pyroelektrlcké čidlo podle bodu 1, vyznačené tlm, že pyroelektrioké destička /1/ ja vytvořena z fólie pyroelektrlekého polymeru.4. Pyroelectric sensor according to claim 1, characterized in that the pyroelectric plate (1) is formed from a pyroelectric polymer film.
CS136078A 1978-03-03 1978-03-03 Pyroelectrical sensing element CS200684B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS136078A CS200684B1 (en) 1978-03-03 1978-03-03 Pyroelectrical sensing element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS136078A CS200684B1 (en) 1978-03-03 1978-03-03 Pyroelectrical sensing element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CS200684B1 true CS200684B1 (en) 1980-09-15

Family

ID=5347795

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS136078A CS200684B1 (en) 1978-03-03 1978-03-03 Pyroelectrical sensing element

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS200684B1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20150369668A1 (en) Infrared detection element, infrared detector, and infrared type gas sensor
KR101840480B1 (en) Infrared sensor
CN1104634C (en) Thermopile sensor and radiation thermometer with a thermopile sensor
US6043493A (en) Infrared sensor and method for compensating temperature thereof
US8523427B2 (en) Sensor device with improved sensitivity to temperature variation in a semiconductor substrate
US9217674B2 (en) Bolometric detector of an electromagnetic radiation in the terahertz range and array detection device comprising such detectors
KR20080112409A (en) Infrared sensor
GB2090418A (en) Thermopile detector
WO2016073536A1 (en) Multiband wavelength selective device
US4665276A (en) Thermoelectric sensor
CN109030375A (en) Optical thermal detector for detecting chiral molecules
JP6350933B2 (en) Infrared detector
US3387134A (en) Wavelength independent, direct reading radiometer
US10267997B2 (en) Infrared scene projector with per-pixel spectral and polarisation capability
US9791366B2 (en) Gas detector, gas detection method and optical component
JP2010261908A (en) Laser power sensor
NL7907759A (en) PYRO-ELECTRIC DETECTOR.
US3987298A (en) Photodetector system for determination of the wavelength of incident radiation
US3535523A (en) Radiant flux measuring apparatus of the thermopile type
CS200684B1 (en) Pyroelectrical sensing element
US8373561B2 (en) Infrared detector
US4928012A (en) System for measuring electromagnetic radiation originating from the hemisphere
JPH11337415A (en) Radiation temperature detecting element
US3742231A (en) Thermistor bolometer having a built-in source
JP6487335B2 (en) IR sensor with increased surface area