[发明专利]具有经改善的热稳定性的引脚兼容性红外光检测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有经改善的热稳定性的引脚兼容性红外光检测器，且明确地说，涉及一种引脚兼容的具有信号放大器的红外光检测器。

背景技术

举例来说，用于检测热辐射的红外光检测器具有带有两个电极层以及布置在所述电极层之间的热电层的薄膜热电传感器芯片，所述热电层由热电敏感材料制成。这种材料为铁电锆钛酸铅(PZT)。包括信号放大器电路以用于读取、放大、处理和/或中继由传感器芯片由于热辐射而产生的电信号。所述电信号由于经由热电层从一个电极层到另一电极层的电荷转移而产生，使得可在所述电极层处分接差分电压和/或电荷。

热电红外传感器在常规上借助于“源跟随”电路来读取，其中在两个电极之间诱发的电压借助于高阻抗电阻器(例如10到100千兆欧姆)和结栅场效应晶体管来放大。此电路中的高阻抗电阻器结合热电红外传感器的相对较高容量导致非常大的电气时间常数(τ_e1＝R*C_像素)。许多基于非色散红外吸收分析器(NDIR)的气体检测装置使用热电红外传感器以用于测量气体浓度。然而，这些气体检测装置当处于“源跟随”模式时具有不足之处，即在以急剧时间梯度进行加热和/或振动(例如不当的热冲击和/或不当的振荡)时，其具有高电时间常数。“源跟随”模式中的此高电时间常数导致若干秒的长“停工时间”，在这段时间期间气体测量装置以不当的方式不能够实行测量。气体检测装置对这些不当影响(例如归因于不当的热冲击和/或不当的振荡)不灵敏称为热稳定性。

传感器芯片归因于其热电层而具有高电容；已知使用跨阻抗放大器来放大电极层上所存在的电荷。跨阻抗放大器在常规上是基于运算放大器来构造的。运算放大器具有反相输入和非反相输入，其中运算放大器的输出经由电阻器来负反馈耦合在反相输入处。传感器芯片借助于其电极层中的一者连接到反相输入，且经由其另一电极层连接到接地。非反相输入同样地接地。

跨阻抗放大器的输出信号在常规上通常不与下游读出装置兼容，所述下游读出装置是与“源跟随”电路组合使用的。此原因在于跨阻抗放大器提供电流作为输出信号，而相反，“源跟随”电路提供电压作为输出信号。因而，基于“源跟随”读出装置的红外传感器无法容易地与基于跨阻抗转换器电路的红外传感器交换。交换红外传感器将需要修改下游读出装置，所述修改将涉及对整个电路板的高成本修改。引脚兼容且基于跨阻抗放大器的红外光检测器将为合乎需要的，其中在使用基于“源跟随”电路的红外传感器时将不需要修改读出装置。

发明内容

本发明所解决的问题是创建具有跨阻抗放大器的红外光检测器，所述检测器与基于“源跟随”电路的红外传感器引脚兼容，使得没有必要修改在基于“源跟随”电路的红外传感器下游的读出装置，且红外传感器拥有高热稳定性。

根据本发明的红外光检测器具有至少一个传感器芯片，其具有由热电敏感材料产生的层元件，以及基区电极和头部电极，其中所述层元件连接到基区电极和头部电极以用于分接在层元件中由于所述电极接收光辐射而产生的电信号，且所述红外光检测器具有跨阻抗放大器以用于借助运算放大器放大所述信号，所述运算放大器用具有正供应电压的供应电压源不对称地操作，其中所述基区电极连接到运算放大器的反相输入，其中在供应电压源上包括具有部分节点的分压器，所述分压器被接地，其中在所述部分节点处存在低于供应电压的部分电压，且所述部分节点电耦合到非反相输入和头部电极两者。由于所述配置包括分压器且部分节点耦合到头部电极和非反相输入的缘故，在头部电极和非反相输入处存在部分电压。因而，由部分电压形成的参考电压在红外光检测器中由部分节点提供，且施加到跨阻抗放大器的输出信号。进而，有可能将跨阻抗放大器的输出信号直接施加到用于处理所述信号的常规电路，所述电路在电压模式下进行操作，而不需要使所述电路适应红外光检测器。因而，红外光检测器以及连接到所述红外光检测器的额外常规信号处理电路一起以引脚兼容性方式来工作。因而，红外光检测器以及其跨阻抗放大器和其热电传感器芯片可连同常规的信号处理电路在电压模式下进行操作。另外，根据本发明的红外光检测器出人意料地具有高热稳定性。

优选的是，分压器具有串联连接并接地的多个部分电阻器。分压器优选地具有两个所述部分电阻器，其中部分节点位于所述两个部分电阻器之间。以此方式，根据供应电压且根据部分电阻器的电阻值的关系来界定部分电压的值。所述部分电阻器中的每一者优选地具有相同的电阻值，所以部分电压的值为高达供应电压的值的一半。