一种基于JFET的微妙级快速响应热释电探测器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于JFET的微妙级快速响应热释电探测器，包括内部中空且下端开口的管帽、滤光片F、线路板和基座，管帽封焊在基座上并形成密闭密闭空腔，管帽的上端面设有与滤光片F相匹配的窗口，滤光片F镶嵌设置在窗口内，线路板设置在密闭空腔内，线路板上设有JFET电流式单元电路，且JFET电流式单元电路正对滤光片F设置。本实用新型专利技术采用JFET电流式单元电路，输出信号放大数十倍至数百倍可调，无需多级放大，并且JFET电流式单元电路集成于管帽和基座形成的密闭空腔内，抗外界噪声干扰的能力强，抗粒子辐照，高能射线辐照，可以实现对外界红外辐射的毫秒级快速响应，应用频率更高，无需开机预热，同时可有效抑制噪声，实现低噪声高精度探测。

A fast response pyroelectric detector based on JFET

【技术实现步骤摘要】
一种基于JFET的微妙级快速响应热释电探测器
本技术涉及红外探测
，尤其涉及一种基于JFET的微妙级快速响应热释电探测器。
技术介绍
在自然界，任何高于绝对温度(-273k)的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的，而且辐射能量的大小与物体表面温度有关。热释电探测器是一种基于红外热辐射原理制成的通过检测红外线来探测人或物体的探测器，广泛地用于辐射和非接触式温度测量、红外光谱测量、激光参数测量、工业自动控制、空间技术、红外摄像中。尤其是在空间技术、航天领域以及军事红外制导领域对热释电探测器的各项指标和参数提出了更高的要求。目前在轨卫星100多颗，未来5年至少有200颗卫星需求。微小卫星需求更多，每颗卫星至少需要一个地平仪系统。目前我国卫星地平仪主要采用热敏型探测器，国际上如NASA、ESA则主要采用热释电型探测器的地平仪系统。探索满足空间应用的高性能器件至关重要，包括加速、冲击、振动、粒子辐照。尤其是宇宙空间中的粒子辐照，高能射线都会对探测器内部半导体芯片造成损伤。另外在红外精确制导方面，末敏弹或称灵巧炮弹的末端制导都是采用的热释电探测器，为满足快速飞行炮弹对目标物的快速和精确定位，这就要求探测器具有快速响应的特点。一般要求探测器的响应时间在200us以下。目前国内外广泛应用的热释电探测器为电压模式，电压式热释电探测器结构较简单，但存在诸多问题和缺点，比如：1、电压模式热释电探测器的电压信号以1:1放大倍数输出，信号幅度小，容易受各种噪声，热源以及光源的干扰；2、电压模式下，热释电探测器的电响应时间常数由热释电芯片的电容值CP和门电阻的阻值RG计算而得，响应时间大(约数秒级别)，响应速率慢。且受热释电芯片尺寸限制，为保证性能，不可能通过改变材料和电路参数进行改善；3、其最大的响应率是在典型的调制频率之外获得，低频干扰低至几毫赫兹会被传递，所以探测器需要静置几十秒来稳定，稳定时间过长；4、采用结型场效应管的电压模式热释电探测器高温环境的稳定性表现较弱，且电压模式电路所采用的门电阻阻值非常高，热冲击和温度波动会造成温漂现象，需采用反向串联或并联热释电芯片来进行热补偿。但是由于并联补偿成倍增大了输入端的等效电容，从而又增大了探测器的响应时间，同时造成了探测器输出信号的衰减。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于JFET的微妙级快速响应热释电探测器。本技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于JFET的微妙级快速响应热释电探测器，包括内部中空且下端开口的管帽、滤光片F、线路板和基座，所述管帽封焊在所述基座上并形成密闭密闭空腔，所述管帽的上端面设有与所述滤光片F相匹配的窗口，所述滤光片F镶嵌设置在所述窗口内，所述线路板设置在所述密闭空腔内，所述线路板上设有JFET电流式单元电路，且所述JFET电流式单元电路正对所述滤光片F设置。本技术的有益效果是：本技术的基于JFET的微妙级快速响应热释电探测器，采用JFET电流式单元电路，输出信号放大数十倍至数百倍可调，无需多级放大，并且JFET电流式单元电路集成于管帽和基座形成的密闭空腔内，抗外界噪声干扰的能力强，抗粒子辐照，高能射线辐照，通过调节所述JFET电流式单元电路可以实现对外界红外辐射的毫秒级快速响应，应用频率更高，无需开机预热，同时可有效抑制噪声，实现低噪声高精度探测。在上述技术方案的基础上，本技术还可以做如下改进：进一步：所述JFET电流式单元电路包括热释电感应电路、JFET放大反馈电路和二级跟随电路，所述热释电感应电路正对所述滤光片F设置，所述热释电感应电路与所述JFET放大反馈电路电连接，所述JFET放大反馈电路与所述二级跟随电路电连接。上述进一步方案的有益效果是：通过所述热释电感应电路可以根据穿过所述滤光片F的红外线产生感应电流，并输出至所述JFET放大反馈电路进行放大处理，提高抗外界噪声干扰能力和抑制本底噪声能力，同时可以提高探测器的响应时间、开机预热时间和信号稳定时间。进一步：所述热释电感应电路采用弛豫铁电单晶PIMNT热释电芯片，所述弛豫铁电单晶PIMNT热释电芯片电连接在所述JFET放大反馈电路的输入单和地之间。上述进一步方案的有益效果是：弛豫铁电单晶PIMNT具有较高的本征热释电性能，能够提高信噪比和探测精度。进一步：所述JFET放大反馈电路包括JFET结型场效应管Q1、反馈电阻Rf、反馈电容Cf、电阻R1、电容C1、电容C2、电容C3和电阻R0，所述弛豫铁电单晶PIMNT热释电芯片的输出端与所述JFET结型场效应管Q1的栅极电连接，所述JFET结型场效应管Q1的源极通过所述电阻R0与电源负极电连接，所述JFET结型场效应管Q1的漏极通过所述电阻R1与电源正极电连接，且所述JFET结型场效应管Q1的漏极通过所述电容C1接地，所述反馈电阻Rf和反馈电容Cf并联在所述弛豫铁电单晶PIMNT热释电芯片的输出端与所述二级跟随电路的输出端之间，所述电容C2电连接在电源正极与地之间，所述电容C3电连接在电源负极与地之间。上述进一步方案的有益效果是：通过所述JFET结型场效应管Q1可以对所述弛豫铁电单晶PIMNT热释电芯片输出的感应电流进行放大处理，提高抗外界噪声干扰能力和抑制本底噪声能力，同时，所述JFET结型场效应管Q1可以有效抗粒子辐照，抗高能射线辐照，以及电流噪声对温度的依赖性，通过调节所述反馈电阻Rf和反馈电容Cf的参数值可以提高探测器的响应时间、开机预热时间和信号稳定时间。进一步：所述二级跟随电路采用运算放大器U1，所述运算放大器U1的反相输入端与所述JFET放大反馈电路的输出端电连接，所述运算放大器U1的同相输入端接地，所述运算放大器U1的正电源输入端与电源正极电连接，所述运算放大器U1的负电源输入端与电源负极电连接，所述运算放大器U1的输出端与所述JFET放大反馈电路的反馈输入端电连接，所述运算放大器U1的输出端对外输出探测信号。上述进一步方案的有益效果是：通过所述二级跟随电路可以进一步进行阻抗变换，有效提高电路兼容性，同时地，抑制整体电路的本底噪声。进一步：所述窗口、滤光片F和JFET电流式单元电路数量相等，且三者的数量均为一个或多个，所述滤光片F一一对应地镶嵌在所述窗口内，且所述JFET电流式单元电路位于对应的所述滤光片F下方。上述进一步方案的有益效果是：通过上述方式可以形成多个探测通道，同时输出多路探测信号，提高探测的精确度。进一步：所述管帽和基座的表面镀有金层。上述进一步方案的有益效果是：通过镀金层可以提高表面抗腐蚀性、抗氧化能力更高，通过在所述基座上镀金可以提高基座的稳定性和抗氧化性和抗腐蚀性。进一步：所述的基于JFET的微妙级快速响应热释电探测器还包括悬空支撑架，所述悬空支撑架设置在所述基座上并与所述基座形成隔热腔，所述悬空支撑架位于所述密闭空腔内，所述线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于JFET的微妙级快速响应热释电探测器，其特征在于：包括内部中空且下端开口的管帽(1)、滤光片F、线路板(3)和基座(2)，所述管帽(1)封焊在所述基座(2)上并形成密闭密闭空腔，所述管帽(1)的上端面设有与所述滤光片F相匹配的窗口，所述滤光片F镶嵌设置在所述窗口内，所述线路板(3)设置在所述密闭空腔内，所述线路板(3)上设有JFET电流式单元电路，且所述JFET电流式单元电路正对所述滤光片F设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于JFET的微妙级快速响应热释电探测器，其特征在于：包括内部中空且下端开口的管帽(1)、滤光片F、线路板(3)和基座(2)，所述管帽(1)封焊在所述基座(2)上并形成密闭密闭空腔，所述管帽(1)的上端面设有与所述滤光片F相匹配的窗口，所述滤光片F镶嵌设置在所述窗口内，所述线路板(3)设置在所述密闭空腔内，所述线路板(3)上设有JFET电流式单元电路，且所述JFET电流式单元电路正对所述滤光片F设置。


2.根据权利要求1所述的基于JFET的微妙级快速响应热释电探测器，其特征在于：所述JFET电流式单元电路包括热释电感应电路、JFET放大反馈电路和二级跟随电路，所述热释电感应电路正对所述滤光片F设置，所述热释电感应电路与所述JFET放大反馈电路电连接，所述JFET放大反馈电路与所述二级跟随电路电连接。


3.根据权利要求2所述的基于JFET的微妙级快速响应热释电探测器，其特征在于：所述热释电感应电路采用弛豫铁电单晶PIMNT热释电芯片，所述弛豫铁电单晶PIMNT热释电芯片电连接在所述JFET放大反馈电路的输入单和地之间。


4.根据权利要求3所述的基于JFET的微妙级快速响应热释电探测器，其特征在于：所述JFET放大反馈电路包括JFET结型场效应管Q1、反馈电阻Rf、反馈电容Cf、电阻R1、电容C1、电容C2、电容C3和电阻R0，所述弛豫铁电单晶PIMNT热释电芯片的输出端与所述JFET结型场效应管Q1的栅极电连接，所述JFET结型场效应管Q1的源极通过所述电阻R0与电源负极电连接，所述JFET结型场效应管Q1的漏极通过所述电阻R1与电源正极电连接，且所述JFET结型场效应管Q1的漏极通过所述电容C1接地，所述反馈电阻R...

【专利技术属性】
技术研发人员：李龙，
申请(专利权)人：北立传感器技术武汉有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42