具有增强低频响应反馈放大器的热电检测器制造技术

一种热电检测器电路包括连接到负载电阻和缓冲放大器的输入端的热电检测元件，该放大器具有用于在非零频率上倍增负载电阻的阻值的反馈路径。这种反馈能够利用一个较小的负载电阻，但它能被倍增产生一个较高的负载阻值效果，以满足该检测电路的适当低频响应的需要。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及一种热电检测器装置，特别是涉及一种具有用于在非零的频率上倍增检测器元件电阻负载阻值的反馈路径的热电检测器放大器电路。每当热电检测器的温度变化时，都将产生少量电荷。往往，这些检测器被设计为响应于入射电磁辐射温度而变化。因此，响应于电磁辐射可改变检测器的温度的任何部位都可以产生电荷。通过把结果转移为一般可用形式的电子仪器可以测量这种电荷。一般，热电检测器并不被用于测量稳定温度(例如温度计)。采用热电检测器的这种测量要求精确顾及非常少量的电荷，利用目前的可用技术来测量少量电荷是不实际的。因此，热电检测器被用于测量温度的变化。因此，设计为响应于电磁辐射的热电检测器随入射到其上的辐射变化而产生电荷。热电检测器的一般应用是检测辐射红外线(电磁辐射的一种形式)的人类。一些光学元件被设计为将来自某个空间体积的红外光聚焦到热电检测器上。人类移动进入该空间体积将引起入射到检测器上的电磁辐射的变化，又由于响应而产生少量的电荷。通过加入电子仪器到这种光学和检测器的组合体上，形成一种人体移动传感器。可能利用多种不同方法来测量热电检测器所产生的电荷。一种通用的方法如附图说明图1所示，是在封装上位于邻近窗口1的热电检测器元件2上并联连接一个负载电阻(RL)，和测量响应于温度的变化而流过热电检测器元件2的电荷所产生的瞬态电压。由于检测器的物理特性，产生的电压幅度随着温度变化率而变化。这种变化经常借助于如图2所示的频率响应曲线予以描述，该图表示每瓦入射能量(引起温度变化的)的峰值电压对所施加能量的频率。当用在并联负载电阻(RL)的结构时，热电检测器在某个频率上呈现峰值响应。该负载电阻是一个确定该低频峰肩位置的元件。增加负载电阻值则使该峰值向较低频率移动。对于许多应用来说，一个低频峰值是所希望的。但是，需要的负载电阻可能是在数百个KMΩ范围。这种大小的阻值是难以制造的。再有，使用这样的阻值的仪器电路也常常是有问题的。另一种常规的热电检测器表示在图3，该检测器包括位于邻近窗口6的封装上用作热电检测器元件的缓冲器的运算放大器8。运算放大器附加一个比图1中的FET小得多的偏移电压和按接近于1(0.9995到1.0)的系数复制热电检测器元件7的输出电压。然而，对于热电检测器的各种应用来说，这些性质一般是不严格的，因此FET因为它便宜，所以FET是一种最常用的放大元件。1994年10月4日授予Masao Inoue的美国专利5,352,895公开了一种热电检测器，该检测器包括用于检测红外辐射的热电元件，和连接到该热电检测元件的用于放大响应于入射能量所产生的相当少量电荷的场效应晶体管(FET)。一些电容器被连接到该FET的源和漏极，用于稳定所施加的电压和去掉高频感应噪声。一个栅电阻被连接在热电元件的两端。热电元件是由PVD或PZT材料制造的，而被用作火警(fire)检测的栅电阻具有从5到10KMΩ范围的阻值，和特别地要求保护10KMΩ。但是FET放大器不能在非零频率上提供栅电阻12阻值的倍增。1993年11月16日授予Akira Kumada的美国专利5,262,647公开了一种具有热电检测元件和运算放大器的红外检测器，该运算放大器具有斩波器控制电路，能使该检测器检测运动着的人或温度。斩波器机械地截断输入到热电红外检测元件的红外线。增益控制电路波连接到该运算放大器，用于控制放大器的增益。但是，该运算放大器不能在非零频率上提供负载电阻的阻值的倍增。因此，本专利技术的目的在于提供在非零频率上倍增负载电阻(RL)的阻值的负载电阻(RL)的结点上接收热电检测器元件输出的反馈缓冲放大器。本专利技术的另外一个目的在于通过提供有效的负载电阻阻值作为从缓冲放大器输出端反馈的结果倍增该负载电阻的阻值能够在热电检测器中使用容易制造的较小的电阻。本专利技术的再一个目的在于在存有缓冲放大器输入偏置电流的情况下，更容易地处理具有较小负载电阻的热电检测器的静止(零频率)输出。这些和其它的目的是由包含以下装置的热电检测器实现的。这些装置包括用于检测红外辐射的装置；与检测装置并联用于提供一个负载来测量检测装置输出的装置；连接到检测装置输出端的用于缓冲该输出的装置；和从缓冲装置的输出端连接到输入端的用于产生负载电阻的倍增的装置。该检测装置包括一个热电陶瓷材料。负载电阻包括与第二电阻串联的第一电阻。反馈装置包括连接在缓冲装置的输出端和负载装置之间的一个电容。缓冲装置包括一个场效应晶体管。缓冲装置包括一个运算放大器。缓冲装置包括一个增益近于1的增益。负载阻值的倍增改善了该检测装置的峰值低频响应。缓冲装置包括一个源电阻，用于提供从缓冲装置输出的检测装置的缓冲输出。该各目的还是由包括以下装置的热电检测器实现的。这些装置包括用于检测红外辐射的装置；与该检测装置并联用于提供一个负载来测量检测装置输出的装置，该负载包括与第二电阻串联的第一负载电阻；连接到检测装置的输出端用于缓冲检测装置的输出的装置，该缓冲装置包括一个输出分压器，该分压器包括与第二源电阻串联的第一源电阻；而且该检测器还包括用于产生负载倍增的从第一源电阻和第二源电阻的结点连接到第一负载电阻和第二电阻的结点的反馈装置。检测装置包括热电陶瓷材料。缓冲装置的反馈装置包括一个电容。缓冲装置包括一个场效应晶体管。缓冲装置包括近于1的增益。负载电阻的倍增改善了检测装置的峰值低频响应。该各目的还是由一种提供热电检测器的方法实现的，该方法包括以下步骤检测红外辐射；将一个负载与检测红外辐射的装置并联；利用放大装置缓冲检测装置的输出；以及在放大装置中从放大器的输出端连接到其输入端提供一个反馈装置以便产生负载电阻的倍增。检测红外辐射的步骤包括利用具有热电陶瓷材料的传感器的步骤。连接负载的步骤包括将第一电阻与第二电阻串联连接的步骤。提供反馈装置的步骤包括在放大器装置的输出端和放大器装置的输入端的负载之间连接一个电容的步骤。缓冲检测装置输出的步骤包括使用一场效应晶体管的步骤。缓冲检测装置输出的步骤包括使用一个运算放大器的步骤。提供产生负载阻值的倍增的反馈步骤改善了检测装置的低频响应的峰值幅度。后附的权利要求书具体地指出和清楚地请求保护本专利技术的主题。阅读了下面结合附图的详细描述后，本专利技术的各种目的、各个优点和各新颖的特点将是显而易见的，附图中相同标号代表相同的部件，其中图1是具有作为放大元件的场效应晶体管(FET)的常规热电红外辐射检测器的电路图；图2表示来自热电检测元件的电压响应(伏/瓦)对入射到检测器元件的的电磁辐射的频率的曲线图；图3是另外一个具有作为放大元件的运算放大器的常规热电红外辐射检测器的电路图；图4是按照本专利技术的热电红外辐射检测器的电路图；以及图5是按照本专利技术的热电红外辐射检测器的另外一个实施例的电路图。参照图1，表示一个在现有技术中公知的热电检测器，该检测器包括位于邻近封装窗口1的热电检测元件2，连接在热电检测器元件2的两端子之间的负载电阻(RL)，场效应晶体管(FET)3，连接在FET3的漏极和电压源(VS)之间的漏电阻RD，和连接在FET 3的源极和电压源的返回侧的源电阻(RS)。红外幅射通过窗口1和一个滤光片(未示出)，被热电元件2接收。RS和RD电阻和电压源(VS)从外面连接到被封装的具有其RL和放大器FET本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电检测器，包括：用于检测红外辐射的装置；与所述检测装置并联连接用于提供一个负载以测量所述检测装置输出的装置；连接到所述检测装置的输出端用于缓冲所述输出的装置；和所述检测器包括从所述缓冲装置的一个输出端连接到一个输入端的 反馈装置，用于产生所述负载的阻值的倍增。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克S米科，
申请(专利权)人：霍尼韦尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]