松下Grid-EYE紅外陣列傳感器解析

紅外熱傳感和成像儀實(shí)現(xiàn)了被動(dòng)、非侵入式的物體表面溫度測(cè)量，并能夠繪制其溫度分布圖譜。隨著物體表面溫度的升高，其輻射光譜的強(qiáng)度也會(huì)相應(yīng)增強(qiáng)。這使我們可以通過(guò)遠(yuǎn)程測(cè)量人體或目標(biāo)物體發(fā)射出的能量來(lái)確定其溫度。紅外探測(cè)器主要分為兩類(lèi)——紅外光子探測(cè)器和紅外熱探測(cè)器。

近年來(lái)，由于基于MEMS的獨(dú)立式熱隔離像素結(jié)構(gòu)采用薄膜紅外吸收層，使得非制冷紅外傳感器取得了顯著進(jìn)展。

人們利用紅外傳感技術(shù)開(kāi)發(fā)了許多應(yīng)用，例如熱成像、人體探測(cè)以及夜視等。對(duì)于紅外能量的量化，使用戶能夠確定目標(biāo)的溫度以及熱行為。

紅外熱傳感和成像儀實(shí)現(xiàn)了被動(dòng)、非侵入式的物體表面溫度測(cè)量，并能夠繪制其溫度分布圖譜。隨著物體表面溫度的升高，其輻射光譜的強(qiáng)度也會(huì)相應(yīng)增強(qiáng)。這使我們可以通過(guò)遠(yuǎn)程測(cè)量人體或目標(biāo)物體發(fā)射出的能量來(lái)確定其溫度。紅外探測(cè)器主要分為兩類(lèi)——紅外光子探測(cè)器和紅外熱探測(cè)器。

紅外光子探測(cè)器

紅外光子探測(cè)器利用材料和電子間的相互作用，吸收被測(cè)物體表面發(fā)出的紅外輻射。通過(guò)吸收電子產(chǎn)生的電能分布變化，輸出紅外探測(cè)信號(hào)。紅外光子探測(cè)器每個(gè)單元對(duì)入射輻射能量的吸收具有波長(zhǎng)選擇性。紅外光子探測(cè)器具有完美的信噪比和快速響應(yīng)性能。但是，紅外光子探測(cè)器的缺點(diǎn)是需要對(duì)其進(jìn)行低溫冷卻。而冷卻要求，是基于半導(dǎo)體光子探測(cè)器的紅外系統(tǒng)獲得廣泛應(yīng)用的主要障礙。因?yàn)檫@使得光子探測(cè)器紅外系統(tǒng)變得龐大、笨重、昂貴，而且使用不便。

紅外熱探測(cè)器

一直以來(lái)，高成本問(wèn)題嚴(yán)重限制了消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng)紅外系統(tǒng)的發(fā)展。紅外熱探測(cè)器優(yōu)勢(shì)包括寬廣的波長(zhǎng)響應(yīng)范圍、無(wú)需冷卻、高溫穩(wěn)定性、高信噪比以及較低的成本。紅外熱探測(cè)器主要分為熱釋電、熱電堆和微測(cè)輻射熱計(jì)。（注：本文暫不介紹微測(cè)輻射熱計(jì)，請(qǐng)參考：非制冷紅外焦平面探測(cè)器及其技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)）

紅外熱釋電傳感器

熱釋電材料吸收熱輻射，在晶體材料間產(chǎn)生靜態(tài)電壓信號(hào)。但是，熱釋電材料在持續(xù)的紅外輻射下，其輸出的靜態(tài)電壓信號(hào)會(huì)減弱，需要對(duì)其進(jìn)行周期性的刷新。熱釋電探測(cè)器可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模批量生產(chǎn)。它們憑借防盜系統(tǒng)和自動(dòng)照明開(kāi)關(guān)等應(yīng)用，在消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng)逐漸找到了切入口。熱釋電探測(cè)器也被應(yīng)用于高性能氣體分析、火焰探測(cè)器等科學(xué)儀器。另一方面，對(duì)于靜態(tài)溫度測(cè)量應(yīng)用，熱釋電探測(cè)器仍然相對(duì)比較昂貴，需要包含一些機(jī)械部件。

紅外熱電堆傳感器

根據(jù)塞貝克效應(yīng)，在兩種不同材料的連接處，當(dāng)它們的溫度有差異時(shí)，會(huì)在這兩種材料組成的閉環(huán)電路中產(chǎn)生電流。這種現(xiàn)象被廣泛應(yīng)用于熱電偶的溫度測(cè)量。熱電堆或熱電陣列由許多熱敏元件組成，每個(gè)熱敏元件都是一根由兩種不同熱敏活性材料組成的細(xì)絲。當(dāng)細(xì)絲兩端的溫度出現(xiàn)差異時(shí)，便在細(xì)絲兩端產(chǎn)生了電壓（熱張力）。熱接點(diǎn)集中在一個(gè)非常薄的共同吸收區(qū)，而冷節(jié)點(diǎn)位于一個(gè)周邊環(huán)繞高熱質(zhì)量的散熱片上。

現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在幾平方毫米內(nèi)，制造包含數(shù)百個(gè)熱電偶的紅外熱電堆傳感器。這種紅外傳感器因其微小的尺寸，而具有極高的靈敏度和極快的響應(yīng)時(shí)間，而且由于應(yīng)用了半導(dǎo)體規(guī)模生產(chǎn)和光刻技術(shù)，使其成本也較低。

電氣設(shè)備熱管理工程師們，長(zhǎng)久以來(lái)一直享受著由數(shù)字溫度傳感IC帶來(lái)的便利。新款集成熱電堆紅外傳感器IC能夠提供相同便利的數(shù)字溫度測(cè)量結(jié)果，并進(jìn)一步地降低了產(chǎn)品功耗、尺寸和成本，為其在消費(fèi)類(lèi)設(shè)備領(lǐng)域創(chuàng)造了市場(chǎng)機(jī)遇，例如醫(yī)療設(shè)備、辦公設(shè)備以及家用電器等。

審核編輯：湯梓紅