红外测温传感器装置的制作方法

1.本发明涉及温度传感技术领域，特别是涉及一种红外测温传感器装置。


背景技术：

2.2020年初，新型冠状病毒covid-19爆发，包括测温枪在内的各种测温设备的需求激增，各种测温结构的产品井喷式冲击市场，但在欣欣向荣的市场背后又存在很多技术壁垒未被打破。比如，2013年10月10日，由联合国环境规划署主办的“汞条约外交会议”在日本熊本市表决通过了旨在控制和减少全球汞排放的《关于汞的水俣公约》，简称《水俣公约》。按照《水俣公约》中的约定，缔约国政府需逐步停止生产和销售含汞产品。按此约定，中国政府自2020年1月1日起实行禁止生产含汞体温计和含汞血压计的政策。故以往接触式的水银测温方式将被替代，而通过红外无接触式测温的方式逐渐主导市场。只有对传感器进行再一次结构升级，才能真正支撑“无接触测温”的后续发展。但是现有的红外测温传感器因为结构工艺造成探测范围过大和/或测温距离过近而导致其应用场景受限。这是因为探测范围大导致接收过多的红外波长，影响测温精度，而测温距离过近又直接影响应用端的二次开发。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种红外测温传感器装置，用于解决现有技术中的红外测温传感器探测范围过大导致影响测温精度，和/或测温距离过近影响应用端的二次开发，导致红外测温传感器装置的应用场景受限等问题。
4.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种红外测温传感器装置，包括管帽、凸透镜、红外滤光片、红外热电堆传感器及封装底座；所述封装底座位于所述管帽的底部以和所述管帽构成一封闭的中空区域；所述管帽上设置有朝所述中空区域凹陷的凹槽，且所述凹槽上设置有通孔；所述凸透镜嵌设于所述凹槽内，且覆盖所述通孔；所述红外滤光片设置于所述中空区域内，且对应位于所述通孔的下方；所述红外热电堆传感器位于所述中空区域内，且对应位于所述红外滤光片的下方，所述红外热电堆传感器与所述红外滤光片具有间距。
5.可选地，所述红外热电堆传感器包括硅衬底以及在所述硅衬底上形成的多个相互串联的热电偶。
6.可选地，所述凸透镜为硅材质透镜，所述红外滤光片为硅材质红外滤光片。
7.可选地，所述管帽为铁镀镍材质的金属管帽。
8.可选地，所述凸透镜为球形滤光透镜，所述凹槽为圆形凹槽，所述凹槽的直径与所述凸透镜底部的横向尺寸一致。
9.可选地，所述凸透镜通过高导热率的环氧树脂设置于所述凹槽内。
10.可选地，所述红外滤光片通过高导热率的环氧树脂贴置于所述管帽的内表面。
11.可选地，所述红外热电堆传感器通过环氧树脂层设置于所述封装底座上。
12.如上所述，本发明的红外测温传感器装置，具有以下有益效果：本发明对管帽结构进行改善以与现有的传感器工艺相结合，同时利用凸透镜过滤掉非预期波长的热红外波并经红外滤光片进一步滤除杂散波，确保探测范围内散布性的红外光能被集中接收，有助于提高测温精度，且有助于进一步提高测温距离，有利于扩大红外测温传感器装置的应用场景。
附图说明
13.图1显示为本发明提供的红外测温传感器装置的局部俯视结构示意图。
14.图2显示为图1沿aa’线方向的截面结构示意图。
15.元件标号说明
16.11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
管帽
17.111
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
通孔
18.12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
凸透镜
19.13
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
红外滤光片
20.14
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
红外热电堆传感器
21.15
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
封装底座
22.16
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
环氧树脂层
具体实施方式
23.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
24.请参阅图1及图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
25.如图1及图2所示，本发明提供一种红外测温传感器装置，包括管帽11、凸透镜12、红外滤光片13、红外热电堆传感器14及封装底座15；所述封装底座15位于所述管帽11的底部以和所述管帽11构成一封闭的中空区域(封装底座15可以直接与管帽11的底部相接触)；所述管帽11上设置有朝所述中空区域凹陷的凹槽，且所述凹槽上设置有通孔111；所述凸透镜12嵌设于所述凹槽内(凸透镜12的上表面可以略高于所述管帽11的上表面)，且覆盖所述通孔111，所述凸透镜12可衰减非预期波长的热辐射波，从而过滤掉非预期波长的热辐射波而仅允许预期波长的热辐射波进入所述中空区域并最终到达所述红外热电堆传感器14；所述红外滤光片13设置于所述中空区域内，且对应位于所述通孔111的下方，也即对应位于所述凸透镜12的下方，故经所述凸透镜12汇聚的预期波长热辐射波经过所述红外滤光片13的过滤后才能到达所述红外热电堆传感器14的表面；所述红外热电堆传感器14位于所述中空区域内，且对应位于所述红外滤光片13的下方，所述红外热电堆传感器14与所述红外滤光片13具有间距。本发明对管帽结构进行改善以与现有的传感器工艺能够相结合，同时利用
凸透镜过滤掉非预期波长的热红外波并经红外滤光片进一步滤除杂散波，确保探测范围内散布性的红外光能被集中接收，有助于提高测温精度，且有助于进一步提高测温距离，有利于扩大红外测温传感器装置的应用场景。
26.在一示例中，所述红外热电堆传感器14包括硅衬底以及在所述硅衬底上形成的多个相互串联的热电偶。使用基于硅衬底的红外热电堆传感器14可以与现有的传感器工艺更好地结合，便于降低红外测温传感器装置的制作成本，且有利于器件结构的进一步集成，有利于其大规模的推广运用。在进一步的示例中，所述红外热电堆传感器14可以分为热结区和冷结区，所述热结区可以通过薄膜材料制备而成，所述热结区位于所述红外滤光片13的正下方，用于吸收外界环境的红外线从而感知外界温度，所述冷结区可设置于所述热结区的一侧，两者之间可以设置隔热材料层。当然，在其他示例中，所述红外热电堆传感器14还可以为其他结构，或者其使用的衬底也可以为非硅衬底，且本发明对热结区、冷结区以及热电偶的材料和结构形状均不作限定。
27.作为示例，所述凸透镜12为硅材质透镜，有利于改善预期波长的热红外波的汇聚效果，有助于提高测温距离，有利于扩大红外测温传感器装置的应用场景。
28.作为示例，所述红外滤光片13为硅材质红外滤光片13，通过所述红外滤光片13滤除外界环境中的杂散光线而仅允许预期波长的热辐射波照射到所述红外热电堆传感器14上，有利于确保探测范围内散布性的红外光能被集中接收，有助于提高测温精度。当然，在其他示例中，所述凸透镜12和红外滤光片13还可以为其他材质，但优选两者的材质相互匹配，比如优选同为硅材质，有利于提高测温精度。
29.作为示例，所述管帽11为铁镀镍材质的金属管帽。当然，在其他示例中，所述管帽11也可以为铜、铝及铜合金等其他金属材质，但选用铁镀镍材质不仅具有较好的防腐蚀氧化等效果，同时可以有效减少管帽11的表面反射，减少探测干扰。即采用铁镀镍材质的金属管帽11不仅有助于提高测温精度，同时有助于使所述红外测温传感器能适用于更多的应用场景。作为示例，如图1中所示，所述管帽11与所述封装底座15相接触的底面向背离所述中空区域的方向延伸而贴附在所述封装底座15的表面，以使所述管座和封装底座更好的密封。
30.作为示例，所述凸透镜12为球形滤光透镜(具体可以为一半球状或类半球状)，所述凹槽为圆形凹槽，所述凹槽的直径与所述凸透镜12底部的横向尺寸一致，凸透镜的侧壁与凹槽的侧壁尽量贴合。通过这样的设置，使所述凸透镜12与所述凹槽更好地匹配，尽量减少凸透镜12与管帽11之间的间隙，以尽量减少非预期的热红外波经间隙进入所述中空区域，有助于提高测温精度。
31.作为示例，所述凸透镜12通过高导热率的环氧树脂设置于所述凹槽内，不仅可以固定所述凸透镜12，同时可以避免水汽等进入所述中空区域内，保护所述红外热电堆传感器14，为所述红外热电堆传感器14构建一个均衡稳定的温度环境。同时环氧树脂为透明状，可以减少对预期波长的热辐射波的阻挡吸收。
32.作为示例，所述红外滤光片13通过高导热率的环氧树脂贴置于所述管帽11的内表面，且所述红外滤光片13覆盖所述通孔111，在固定所述红外滤光片13的同时避免水汽进入。
33.作为示例，所述红外热电堆传感器14通过环氧树脂层16设置于所述封装底座15
上，即在所述红外热电堆传感器层14和所述封装底座15之间设置有环氧树脂层16，以固定所述红外热电堆传感器14，同时起到隔热隔水作用，避免外界环境对所述红外热电堆传感器14的工作环境造成干扰。所述环氧树脂层16的厚度可以根据需要设置，比如为1～5mm。
34.所述红外测温传感器装置还包括温度传感器及电路板等结构，此部分结构都可以选用现有技术中的常用结构，本发明不做具体限制，且为突出本专利的发明点而不做详细展开。
35.综上所述，本发明提供一种红外测温传感器装置，包括管帽、凸透镜、红外滤光片、红外热电堆传感器及封装底座；所述封装底座位于所述管帽的底部以和所述管帽构成一封闭的中空区域；所述管帽上设置有朝所述中空区域凹陷的凹槽，且所述凹槽上设置有通孔；所述凸透镜嵌设于所述凹槽内，且覆盖所述通孔；所述红外滤光片设置于所述中空区域内，且对应位于所述通孔的下方；所述红外热电堆传感器位于所述中空区域内，且对应位于所述红外滤光片的下方，所述红外热电堆传感器与所述红外滤光片具有间距。本发明对管帽结构进行改善以与现有的传感器工艺能够相结合，同时利用凸透镜对过滤掉非预期波长的热红外波并经红外滤光片进一步滤除杂散波，确保探测范围内散布性的红外光能被集中接收，有助于提高测温精度，且有助于进一步提高测温距离，有利于扩大红外测温传感器装置的应用场景。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
36.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。