【传感器技术】非制冷红外阵列传感器技术分析与应用

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所属分类:传感器技术

红外阵列传感器定义

红外传感器是红外线信号检测的核心器件。按照一个芯片上红外敏感单元(像素)的数量,红外传感器可以大致分为单元传感器、阵列传感器、焦平面探测器三大类。

其中,红外阵列传感器是指在同一芯片上集成了80×60至320×240个敏感单元的红外传感器。红外阵列传感器是由多个红外敏感单元(像素)在同一个芯片上二维排列构成,每个敏感单元都可以接收并检测目标物体辐射的红外能量,经光电转换后输出与目标物体的温度分布及红外辐射强度相关的电信号。

红外阵列式传感器相比目前日常广泛应用的单元红外传感器具有精度高、检测范围宽、能输出可观察的图像信号等优点。与主要应用于军事等用途的红外焦平面探测器相比,又具有体积小、成本低、利于隐私保护等优点。

【传感器技术】非制冷红外阵列传感器技术分析与应用

红外阵列传感器兼具性能与成本优势

红外阵列传感器可以广泛地应用于工业检测、家庭安防、智能家居、节能控制、医疗看护、流量计数、气体检测、火灾监控、消费电子等多个领域,具有巨大市场需求和发展潜力。

根据法国Yole发布的市场预测,红外阵列传感器的市场规模可达10亿美元以上,具有良好的市场前景。

非制冷红外阵列传感器技术比较

目前,成熟的非制冷红外阵列传感器技术主要有热释电、热电堆、微测辐射热计三种。热释电和热电堆过去主要用于单元红外传感器,而微测辐射热计技术主要用于制造红外焦平面探测器。近年来,由于新的市场应用需求,热释电和热电堆逐步从单元传感器向阵列传感器发展,而微测辐射热计则向下发展,使得过去几乎没有交叉的两类技术在红外阵列传感器领域发生竞争。

从技术特点来看,热释电技术像元尺寸最大,与CMOS工艺兼容性最差,基本局限于单点传感器或2×2阵列的形式。热电堆的像元尺寸做到50~100μm左右就基本达到极限,而微测辐射热计目前普遍达到17μm及以下,热电堆的灵敏度也比较差。但是热电堆在制造成本方面有一些优势,因此热电堆比较适合32×32或更小的阵列规模形式。

微测辐射热计(micro-bolometer)在三种技术中的像元尺寸可以做到最小、灵敏度也远远高于其它两种技术,而且与CMOS电路集成度高。通过改进封装形式等技术方法,近年来微测辐射热计的体积和成本都有大幅下降。因此,我们看到目前在80×60至320×240的红外阵列传感器领域,微测辐射热计技术已经取得了压倒性优势。

【传感器技术】非制冷红外阵列传感器技术分析与应用

热释电、热电堆、和微测辐射热计三种技术的性能对比

 

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