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热释电红外探测器

发布日期：2010-5-28

英国Pyreos公司是一家专业的热释电红外探测器生产厂商，其产品主要是各种规格的热释电传感器，可以覆盖1.3um-25um的红外谱段，灵敏度高，频率响应特性好，拥有14项专利技术，性能优良。

探测器结构及性能介绍

Pyreos公司的红外探测器是基于其独有的薄膜热释电探测技术（Thin-Film Pyroelectric Technology），这项技术由德国西门子公司于上世纪九十年代初开发出来，历经十余年的研发和改进，2008年被Pyreos公司收购，并开始大批量生产基于该技术的红外探测器。

热释电探测器的结构图如下：

探测器表面实物图探测器的结构图

如上图所示，薄膜热释电探测器主要用锆钛酸铅铁电薄膜（PZT film）作为光电转换元件，其厚度仅为1um，构成一个微型的光电系统，其产生的电流通过两个电极搜集起来。

这种探测器具有以下特点：

薄膜热释电探测器	带给用户的好处
灵敏度高，辐射灵敏度可到10⁶ V/W，D^*可以达到>1×10⁹，远远高于其他热释电传感器	可用来检测更为微弱的信号，提升产品的档次，增强竞争力，降低生产成本
噪声低且随着温度升高，噪声依然可以维持在较低水平	提高用户系统的信噪比，大幅降低温度对系统的影响
频率特性好，响应速度快，可达<5ms (200Hz)	提高用户系统的响应速度
熔点高，约600℃，耐高温	无需额外的恒温系统及探测器保护装置，大大提高产品在复杂环境下工作的稳定性
探测器的面积可选的范围很宽，从150um×150um到3mm×2mm，封装形式多样化	用户有更多选择，系统设计更加灵活
光谱响应范围从1.2um-20um	根据不同应用，客户可选择装配有滤光片的探测器，用于气体检测或光谱分析应用中

红外光谱

目前市面上存在两种红外光谱仪：分光红外谱仪和傅立叶变换红外谱仪（FT-IR）。针对这种应用，可以提供两种探测器解决方案：

1. 线阵列型探测器+线性变化红外滤光片(Linear Variable Filter)

目前可提供的标准的线阵探测器包括：128×1，128×2，512×1。红外滤光片的波长范围有近红外1.3-3.2um和中远红外2-20um两种，根据不同应用，选择相应波长范围的LVF滤光片，可直接得到光谱信息。

线阵列探测器

2. 单点探测器
此种探测器主要是针对FT-IR光谱仪。提供不同感光面积的单点探测器，根据客户需求，可选配适当的红外滤光片，滤光片的波长范围：2-20um。

与FT-IR光谱领域常用的DTGS探测器相比，产品具有以下特点：

薄膜热释电探测器	带给用户的好处
价格低, 各波段的辐射灵敏度相对DTGS探测器更平坦	降低用户的成本的同时不降低性能，有效提高了性价比
固态的探测器，不需要额外加光窗	降低用户系统复杂性
高居里点（500℃），低颤噪声（microphonics），性能稳定，受温度上升的影响小，不需要额外加制冷	提高用户系统的稳定性，降低系统复杂性
灵敏度D^*为1×10⁸@500k,1000Hz；响应度可达到10,000V/W；频率响应范围到3.3kHz	很好的灵敏度
可在探测器前面加Lens，以收集更多的光	提高信噪比
可更加客户应用的要求，调整探测器的参数，以达到最佳的性能	系统性能进一步提升

单点型FT-IR光谱仪专用探测器
　

气体检测

目前，针对气体检测领域可以提供薄膜热释电传感器，包括单通道、双通道和四通道的气体传感器。由于这种探测器具有低功耗，探头小巧，灵敏度高，性能稳定，频率响应快等优势，可广泛应用于红外气体检测领域，可用来也制作气体分析仪（含便携式），如检测CO2、CO、CH4、H2S、碳氢化合物、氮氧化合物等。

感光面	D^*	Noise	Frequency	Responsivity
1mm×1mm	~3.5 x 10⁸ cm√Hz/ W @10Hz	~ 0.4mV√Hz/W	1-30Hz	~150,000 V/ W @500K, 10Hz

与其他产品（蓝色）在温度稳定性的对比与其他产品（蓝色）在工作频率上的对比

以CO2气体检测，带有红外滤光片双通道探测器为例：

	CO2通道	参考信号通道
Responsivity(500k,10Hz)	~10,000V/W	~10,000V/W
噪声	~ 0.4mV√Hz/W	~ 0.4mV√Hz/W

Pyreos公司用于气体分析红外传感器

　

火灾预警，行为监控及客流量计数

可以提供阵列型探测器，如3×3、4×4、4×20等阵列，用于火灾预警，客流量计数等领域。其系统结构如下：

火灾预警系统结构示意图

人流量计数系统结构示意图
　

与传统的红外发射、接受的方式相比，如果选择合适焦距的红外镜头，配合不同阵列的红外探测器，不仅能够直接捕捉到由被测物体发射的红外信号（去掉了发射这一步骤），还能够获得包括空间位置等更详细的信息，有助于后续的分析系统作出正确的判断，降低误判率。

用于火灾预警的阵列型探测器

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热释电红外探测器

美国Judson公司铟镓砷(InGaAs)探测器工作在0.8um-2.6um的波长范围内，提供快速响应时间、一致性好、极好的灵敏度及长时间工作的稳定性

美国Judson公司砷化铟(InAs)探测器提供不同级别半导体制冷，覆盖波长范围为1um-3.8um。砷化铟探测器还可提供优秀的脉冲响应，适合监控探测快速脉冲激光

美国Judson公司硫化铅(PbS)探测器为光导型，光谱探测范围为 1um-3.5um 。主要应用为：气体检测、光学测温、火焰光度计、湿度分析仪、医疗气体分析等

美国Judson公司硒化铅(PbSe)探测器为光导型，光谱探测范围为 2um-6um。主要应用为：气体检测、光学测温、火焰光度计、湿度分析仪、医疗气体分析等

美国Judson公司锑化铟(InSb)探测器为光伏型，光谱范围 1um-5.5um，标准产品均采用液氮杜瓦制冷

美国Judson公司碲镉汞(HgCdTe)探测器分为光伏型和光导型，光伏型波长范围在0.5um-5.5um之间，不同型号的截止波长分别为2.8um,5.0um和 5.5um. 光导型波长范围在2um-26um之间，不同型号的截止波长分别为5um,12um,26um

热释电红外探测器

美国Judson公司铟镓砷(InGaAs)探测器 工作在0.8um-2.6um的波长范围内，提供快速响应时间、一致性好、极好的灵敏度及长时间工作的稳定性

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美国Judson公司硫化铅(PbS)探测器为光导型，光谱探测范围为 1um-3.5um 。主要应用为：气体检测、光学测温、火焰光度计、湿度分析仪、医疗气体分析等

美国Judson公司硒化铅(PbSe)探测器为光导型，光谱探测范围为 2um-6um。主要应用为：气体检测、光学测温、火焰光度计、湿度分析仪、医疗气体分析等

美国Judson公司锑化铟(InSb)探测器为光伏型，光谱范围 1um-5.5um，标准产品均采用液氮杜瓦制冷

美国Judson公司碲镉汞(HgCdTe)探测器 分为光伏型和光导型， 光伏型波长范围在0.5um-5.5um之间，不同型号的截止波长分别为2.8um,5.0um和 5.5um. 光导型波长范围在2um-26um之间，不同型号的截止波长分别为5um,12um,26um

美国Judson公司铟镓砷(InGaAs)探测器工作在0.8um-2.6um的波长范围内，提供快速响应时间、一致性好、极好的灵敏度及长时间工作的稳定性

美国Judson公司碲镉汞(HgCdTe)探测器分为光伏型和光导型，光伏型波长范围在0.5um-5.5um之间，不同型号的截止波长分别为2.8um,5.0um和 5.5um. 光导型波长范围在2um-26um之间，不同型号的截止波长分别为5um,12um,26um