一种用于环境温度感测的双通道热释电红外传感器的制作方法

1.本实用新型涉及传感器技术领域，具体涉及一种用于环境温度感测的双通道热释电红外传感器。


背景技术：

2.双通道热释电红外探测器常用于基于非色散红外(ndir)原理的气体检测模组，其工作原理是红外探测器以非接触形式检测穿过目标气体后光源红外辐照强度的变化，然后将该变化转换成对应电压信号，并将电压信号进行放大输出至信号处理电路进行分析，最终换算得到目标气体浓度值。但热释电红外探测器对环境温度的变化其实是非常敏感的，当探测器所处的外界环境温度漂移时，探测器的响应特性也会发生明显变化，这时必须从软件算法层面进行温度补偿以保证气体模组的精确度。
3.完成这一点需要温度感测装置与热释电探测器实现紧密热耦合，但目前基于双通道热释电探测器的气体模组，都依旧采用在探测器外部安装温度传感器的方式来实现整体温度测量，这种方法由于探测器和温度传感器之间未直接集成，存在较大的热梯度和热滞后时间，不仅不利于测量到真实温度，对气体模组的生产成本和尺寸小型化也提出了挑战。
4.因此，需要一种具有实时环境温度感测功能的热释电红外探测器，并且该方法能与现有热释电红外探测器的生产制造工艺相集成，不增加体积，且生产成本可控。


技术实现要素：

5.针对以上存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种能够实施对红外传感器的温度进行监控，并反馈温度信号，且不增加体积，生产成本可控的双通道热释电红外传感器。
6.为了实现上述目的，本实用信号采用的技术方案是：一种用于环境温度感测的双通道热释电红外传感器，包括红外敏感元，金属管座，金属管坐上设置有信号处理电路板，用于支撑红外敏感元安装在信号处理电路板上的敏感元支撑件，红外敏感元与信号处理电路板电性连接，所述金属管坐上安装有底部开口并在底部开口处与金属管座连接的金属管帽，金属管帽的顶端开设有光学窗口，所述光学窗口上设置有红外滤光片，光学窗口、红外滤光片形成光学通道，所述光学通道包括第一光学通道、第二光学通道，所述红外敏感元包括第一红外敏感元、第二红外敏感元，所述第一光学通道内设置有第一红外敏感元，第二光学通道内设置有第二红外敏感元，以及温度传感器，温度传感器与信号处理电路板电性连接。
7.上述的用于环境温度感测的双通道热释电红外传感器，所述金属管坐上设置有管座引脚，所述管座引脚包括贯穿金属管座用于处理双通道热释电红外传感器接地屏蔽的第一引脚，用于双通道热释电红外传感器模拟参考的第二引脚，用于第一光学通道信号传输的第三引脚，用于第二光学通道信号传输的第四引脚，用于为双通道热释电红外传感器提供电源的第五引脚，以及用于温度传感器信号输出的第六引脚。
8.上述的用于环境温度感测的双通道热释电红外传感器，所述第一引脚包括贯穿端和接地端，所述第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚均包括固定端和连接端，所述固定端上设置有玻璃绝缘体。
9.上述的用于环境温度感测的双通道热释电红外传感器，所述信号处理电路板为印刷电路板结构，设置有用于处理红外敏感元和温度传感器信号的电子元器件，所述电子元器件包括场效应晶体管和阻抗匹配电阻，所述温度传感器为贴片式热敏电阻，经smt表面贴装设置于所述信号处理电路板上。
10.上述的用于环境温度感测的双通道热释电红外传感器，所述敏感元支撑件包括设置在第一光学通道内用于支撑第一红外敏感元的第一支撑件，以及设置在第二光学通道内用于支撑第二红外敏感元的第二支撑件。
11.本实用新型的有益效果：(1)热释电红外探测器内部的敏感元温度能够被更精准地测量，有利于后端软硬件通过数学算法或热调节来实现精确的温度补偿，消除由于环境温度变化而带来的器件性能漂移问题；(2)温度传感器(热敏电阻)通过smt贴片集成安装于探测器信号处理电路板上，不增加探测器电路成本和整体尺寸，能与红外敏感元能实现最小化的热导损失和热滞后时间，并且与探测器引脚可直接实现电学连接，外部电路读取阻值信号非常简单便捷。
附图说明
12.图1是本实用新型内部结构示意图；
13.图2是本实用新型的外部立体结构示意图；
14.图3是本实用新型的底座引脚结构示意图；
15.图4是本实用新型的无引脚结构示意图。
具体实施方式
16.为使本领域技术人员对本实用新型的技术方案进一步理解，下面结合附图及具体实施方式对本实用新型的技术方案进行详细解释。
17.如图1
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3所示，一种用于环境温度感测的双通道热释电红外传感器，包括红外敏感元1，温度传感器4，金属管座2，金属管坐上表面设置有信号处理电路板3，信号处理电路板为印刷电路板结构，信号处理电路板上设置有用于处理红外敏感元和温度传感器信号的电子元器件，所述电子元器件包括场效应晶体管和阻抗匹配电阻。
18.金属管坐下方设置有管座引脚5，所述管座引脚包括贯穿金属管座用于处理双通道热释电红外传感器接地屏蔽的第一引脚6，第一引脚包括贯穿端和接地端，用于双通道热释电红外传感器模拟参考的第二引脚7，用于第一光学通道信号传输的第三引脚8，用于第二光学通道信号传输的第四引脚9，用于为双通道热释电红外传感器提供电源的第五引脚10，以及用于温度传感器信号输出的第六引脚11，第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚均包括固定端和连接端，所述固定端上设置有玻璃绝缘体。
19.红外敏感元下表面和信号处理电路板之间使用敏感元支撑件12连接固定，红外敏感元上表面与信号处理电路板之间使用金属引线13电性连接。
20.所述金属管坐的上方安装有底部开口并在底部开口处与金属管座连接的金属管
帽14，金属管帽与金属管座之间使用焊接的方式连接，金属管帽的顶端开设有光学窗口20，光学窗口包括第一光学窗口15和第二光学窗口16，所述光学窗口上设置有红外滤光片21，红外滤光片对应第一光学窗口设置有第一红外滤光片17，对应第二光学窗口设置有第二红外滤光片18，红外滤光片采用贴装的方式安装在光学窗口的内侧，光学窗口、红外滤光片形成光学通道，金属管帽、金属管座、红外滤光片三者连接紧密，之间形成密闭的空间腔19，敏感元支撑件、红外敏感元、信号处理电路板设置在空间腔内。
21.所述光学通道包括第一光学通道、第二光学通道，第一光学通道由第一光学窗口和第一红外滤光片组成，第二光学通道由第二光学窗口和第二红外滤光片组成，所述红外敏感元包括第一红外敏感元101、第二红外敏感元102，所述第一光学通道内设置有第一红外敏感元，第二光学通道内设置有第二红外敏感元，以及温度传感器，温度传感器为贴片式热敏电阻，经smt表面贴装设置于所述信号处理电路板上，温度传感器与信号处理电路板电性连接。
22.所述敏感元支撑件为金属铜材质，经smt表面贴装置于所述信号处理电路板上，红外敏感元设置在支撑件上。敏感元支撑件包括设置在第一光学通道内用于支撑第一红外敏感元的第一支撑件121，以及设置在第二光学通道内用于支撑第二红外敏感元的第二支撑件122。
23.其中金属管帽为to5封装，spcc材质，高度3.8mm，顶部双窗口，每个窗口尺寸为2.5*2.5mm2，红外滤光片采用硅衬底窄带滤光片，厚度0.5mm，信号路中心波长4.26um，半峰宽180nm，参考路中心波长3.95um，半峰宽90nm。红外滤光片使用单组份环氧胶粘接于金属管帽内侧。所述信号路为第一光学通道，参考路为第二光学通道。
24.金属管座与to5封装的金属管帽相配套，表面镀金，可采用储能焊工艺将管座和管帽焊接在一起，保证传感器整体气密性。信号处理电路板采用pcb电路板，厚度0.6mm，放大电路采用电压放大模式，使用5gohm大电阻作为输入端电阻，超低噪声jfet实现阻抗变换。温度传感器采用热敏电阻，0603封装，100kω(25℃)，
±
1％精度。
25.红外敏感元支撑结构为金属支撑柱，经smt将该支撑柱、50gohm大电阻和jfet固定于电路板制定位置，再使用回流焊保证上述元器件和pcb板焊盘形成良好的结合力以及电学导通。管座有6个引脚，分别与pcb板子上对应点位进行焊接，形成良好的机械稳定性和电学导通。
26.红外敏感元采用钽酸锂材料，减薄至厚度30um，并用划片机切割成2mm*2mm方片，红外敏感元上下表面均镀有金电极。探测器组装时，采用贴片机将红外敏感元放置于对应支撑件上，用绑线机将红外敏感元上电极和pcb电路板指定焊盘用金线进行电学连接，由此完成探测器内部结构组装生产。
27.上述实施例，仅是对于本实用新型进行了示例性描述，并不是用来限制本实用新型的实施与权利范围，凡与本实用新型权利要求内容相同或等同的技术方案，均应包括在本实用新型的保护范围内。