Pyroelektrische Detektoren
Pyroelektrische Detektoren sind infrarotempfindliche, optoelektronische Bauelemente, die insbesondere zur Detektion elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen zwischen 2 … 14 µm eingesetzt werden. Ein Empfängerchip der von InfraTec im Geschäftsbereich Sensorik hergestellten pyroelektrischen Infrarotdetektoren besteht aus einkristallinem Lithiumtantalat, das aufgrund der sehr hohen Curie-Temperatur von 620 °C einen sehr geringen Temperaturkoeffizienten bei ausgezeichneter Langzeitstabilität der Signalspannung garantiert.
Wie funktioniert ein pyroelektrischer Detektor?
Pyroelektrische Materialien sind spezielle Kristalle mit nur einer polaren Achse und ohne Symmetriezentrum. Bei Temperaturveränderungen ändert sich deshalb ihre Polarisation. Diesen pyroelektrischen Effekt nutzt die Sensortechnik. Dazu wird ein dünner pyroelektrischer Kristall senkrecht zur polaren Achse mit Elektroden beschichtet. Auf der oberen Elektrode des Kristalls ist eine absorbierende Schwarzschicht aufgebracht. Trifft Infrarotstrahlung auf diese Schicht, erwärmt sich der pyroelektrische Kristall und Oberflächenladungen entstehen. Wird die Strahlung abgeschaltet, entstehen Ladungen umgekehrter Polarität. Die Ladungen sind jedoch sehr gering. Bevor sie durch den endlichen Innenwiderstand des Kristalls wieder ausgeglichen werden können, wandeln Feldeffekttransistoren oder Operationsverstärker die Ladungen in eine Signalspannung um. Thermopiles gehören ebenfalls zur Gruppe thermischer Infrarotdetektoren, der Messeffekt ist jedoch erheblich kleiner. Während ein pyroelektrischer Detektor bis zu Modulationsfrequenzen von 4 kHz ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis zeigt (z. B. in FTIR-Spektrometern), arbeiten Thermopiles nur bis zu einigen Hertz mit ausreichender Performance.
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Experiment: Der Pyroelektrische Effekt
Durch Temperaturänderung des Kristallmaterials Lithiumtantalat (LiTaO
Der Pyroelektrische Effekt – mit einem schwarz beschichteten LiTaO3 Kristall
Pyroelektrische Detektoren mit integrierter Strahlteilung von InfraTec
Ein pyroelektrischer Detektor von InfraTec beinhaltet außer dem pyroelektrischen Kristall elektronische, optische und mikromechanische Komponenten. Zwei- und vierkanalige Detektoren mit integrierter Strahlteilung und integriertem CMOS-Verstärker stellen ein kleines Mikrosystem von thermisch, elektronisch und optisch wirksamen Komponenten dar.
Da Pyroelektrizität die Eigenschaft einer Untergruppe piezoelektrischer Kristalle darstellt, reagiert ein pyroelektrischer Detektor auf Luft- und Körperschall. Dieser Effekt wird häufig als Mikrofonie bezeichnet. Durch eine von InfraTec patentierte Befestigung des pyroelektrischen Chips ist dieser Störeffekt für einen Infrarotdetektor jedoch stark reduziert und liegt damit vielfach in der Größenordnung anderer Störspannungen oder des Detektor-Eigenrauschens.
Detektorsuche
InfraTec bietet Ihnen fünf Produktgruppen mit rund 50 verschiedenen pyroelektrischen Detektoren. Zum Spektrum gehören dabei Detektoren mit reduzierter Mikrofonie und integriertem Operationsverstärker sowie digitale Detektoren.
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