松下Grid-EYE紅外陣列傳感器解析

紅外熱傳感和成像儀實現(xiàn)了被動、非侵入式的物體表面溫度測量，并能夠繪制其溫度分布圖譜。隨著物體表面溫度的升高，其輻射光譜的強度也會相應增強。這使我們可以通過遠程測量人體或目標物體發(fā)射出的能量來確定其溫度。紅外探測器主要分為兩類——紅外光子探測器和紅外熱探測器。

近年來，由于基于MEMS的獨立式熱隔離像素結構采用薄膜紅外吸收層，使得非制冷紅外傳感器取得了顯著進展。

人們利用紅外傳感技術開發(fā)了許多應用，例如熱成像、人體探測以及夜視等。對于紅外能量的量化，使用戶能夠確定目標的溫度以及熱行為。

紅外熱傳感和成像儀實現(xiàn)了被動、非侵入式的物體表面溫度測量，并能夠繪制其溫度分布圖譜。隨著物體表面溫度的升高，其輻射光譜的強度也會相應增強。這使我們可以通過遠程測量人體或目標物體發(fā)射出的能量來確定其溫度。紅外探測器主要分為兩類——紅外光子探測器和紅外熱探測器。

紅外光子探測器

紅外光子探測器利用材料和電子間的相互作用，吸收被測物體表面發(fā)出的紅外輻射。通過吸收電子產生的電能分布變化，輸出紅外探測信號。紅外光子探測器每個單元對入射輻射能量的吸收具有波長選擇性。紅外光子探測器具有完美的信噪比和快速響應性能。但是，紅外光子探測器的缺點是需要對其進行低溫冷卻。而冷卻要求，是基于半導體光子探測器的紅外系統(tǒng)獲得廣泛應用的主要障礙。因為這使得光子探測器紅外系統(tǒng)變得龐大、笨重、昂貴，而且使用不便。

紅外熱探測器

一直以來，高成本問題嚴重限制了消費類市場紅外系統(tǒng)的發(fā)展。紅外熱探測器優(yōu)勢包括寬廣的波長響應范圍、無需冷卻、高溫穩(wěn)定性、高信噪比以及較低的成本。紅外熱探測器主要分為熱釋電、熱電堆和微測輻射熱計。（注：本文暫不介紹微測輻射熱計，請參考：非制冷紅外焦平面探測器及其技術發(fā)展動態(tài)）

紅外熱釋電傳感器

熱釋電材料吸收熱輻射，在晶體材料間產生靜態(tài)電壓信號。但是，熱釋電材料在持續(xù)的紅外輻射下，其輸出的靜態(tài)電壓信號會減弱，需要對其進行周期性的刷新。熱釋電探測器可以實現(xiàn)大規(guī)模批量生產。它們憑借防盜系統(tǒng)和自動照明開關等應用，在消費類市場逐漸找到了切入口。熱釋電探測器也被應用于高性能氣體分析、火焰探測器等科學儀器。另一方面，對于靜態(tài)溫度測量應用，熱釋電探測器仍然相對比較昂貴，需要包含一些機械部件。

紅外熱電堆傳感器

根據塞貝克效應，在兩種不同材料的連接處，當它們的溫度有差異時，會在這兩種材料組成的閉環(huán)電路中產生電流。這種現(xiàn)象被廣泛應用于熱電偶的溫度測量。熱電堆或熱電陣列由許多熱敏元件組成，每個熱敏元件都是一根由兩種不同熱敏活性材料組成的細絲。當細絲兩端的溫度出現(xiàn)差異時，便在細絲兩端產生了電壓（熱張力）。熱接點集中在一個非常薄的共同吸收區(qū)，而冷節(jié)點位于一個周邊環(huán)繞高熱質量的散熱片上。

現(xiàn)代半導體技術實現(xiàn)了在幾平方毫米內，制造包含數百個熱電偶的紅外熱電堆傳感器。這種紅外傳感器因其微小的尺寸，而具有極高的靈敏度和極快的響應時間，而且由于應用了半導體規(guī)模生產和光刻技術，使其成本也較低。

電氣設備熱管理工程師們，長久以來一直享受著由數字溫度傳感IC帶來的便利。新款集成熱電堆紅外傳感器IC能夠提供相同便利的數字溫度測量結果，并進一步地降低了產品功耗、尺寸和成本，為其在消費類設備領域創(chuàng)造了市場機遇，例如醫(yī)療設備、辦公設備以及家用電器等。

審核編輯：湯梓紅