[发明专利]一种红外桥式测温传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种测温传感器，尤其涉及一种红外桥式测温传感器，属于传感器领域。

背景技术

红外测温由于具有非接触，测温动态范围宽和测温准确等独特优点，在食品，医疗，电力，工业，建筑等领域具有非常广泛的应用。红外测温传感器是红外测温仪表的关键器件，其性能决定了测温仪表的精度。目前，红外测温传感器多采用热电堆原理制作，美国专利US-5059543就公开了一种典型的热电堆红外传感器的制造方法，其包括在硅衬底上利用硅各向异性腐蚀剂从硅衬底背面腐蚀，刻蚀中心部位的硅，在硅衬底顶部留下厚度约为1微米的氧化硅-氮化硅封闭膜，利用两种不同热电特性材料沉积并形成热偶对，热电堆热端布置在封闭薄膜之上，冷端与硅衬底直接连接，当红外辐射入射到该红外传感器之上，引气封闭膜温升，利用热电堆探测该温升就可以探测出红外辐射的强弱并计算出目标温度。

热电偶是制作红外测温传感器的最常用方法，不过利用热电偶作为红外测温传感器测温材料也存在不足。常用热偶材料的赛贝克系数通常不高，例如硅-Al热偶对的温度灵敏系数仅为0.1％/K，即使温度灵敏系数很高的BiSb(锑化铋)的热电系数也仅为0.5％左右，是氧化钒薄膜的热敏电阻系数(2％/K)1/4左右，这限制了红外测温传感器的温度分辨率。利用热电偶串联的热电堆虽然可以改进传感器的响应灵敏度，但热电偶串联也造成了两个问题：首先是热电堆的输出电阻变大，器件噪声增加，其次冷端和热端间的热电堆线条会增大器件敏感区与衬底间的热导，反而导致器件温度分辨率下降，因此利用热电堆技术也难以实现高精度温度测量。而在某些领域如医疗体温检测，高精度测温非常重要。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种红外桥式测温传感器，可有效改善环境温度对传感器的影响，实现高精度的温度测量。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种红外桥式测温传感器，包括，衬底和由四个电阻组成的电阻器电桥，其特征在于，所述电阻器电桥包括由一个光敏电阻、两个环境参考电阻和一个焦耳参考电阻之间首尾相连构成的环状结构，所述两个环境参考电阻之间接电源地，所述光敏电阻与焦耳参考电阻之间接供电电源，所述光敏电阻与一个环境参考电阻之间为第一输出端，所述焦耳参考电阻与另一个环境参考电阻之间为第二输出端，所述衬底在安装光敏电阻和焦耳参考电阻的位置设有凹槽。

本发明的有益效果是：本发明所述传感器采用桥式结构，有利于减小环境温度和焦耳热对传感器输出信号的影响，提高传感器的工作适应性，并可根据电桥输出信号的大小有效判断目标温度，通过使用光敏电阻和焦耳热参考电阻和环境参考电阻，有效提高传感器的灵敏度，并在光敏电阻和焦耳热参考电阻下边的衬底设置凹槽结构，提高了温度测量的精确度。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述构成电阻器电桥的四个电阻的阻值相同。

采用上述进一步方案的有益效果是，使用阻值相同的电阻，可为光敏电阻提供更加准确的参考电阻值。

进一步，所述构成电阻器电桥的四个电阻由测温材料构成，所述测温材料为氧化钒。

采用上述进一步方案的有益效果是，氧化钒的电阻温度系数较高，器件灵敏度高，测温准确。

进一步，所述光敏电阻外层镀有黑金红外吸收层，所述焦耳参考电阻外层镀有金属反射层。

采用上述进一步方案的有益效果是，光敏电阻外层镀有黑金红外吸收层，对红外的吸收率高达95％以上，而焦耳参考电阻外层镀有金属反射层，对红外辐射的吸收率小于1％。

进一步，所述光敏电阻和焦耳参考电阻分别悬浮在两个凹槽上面，并且两端跨接在凹槽两端。

采用上述进一步方案的有益效果是，采用悬浮跨接结构，有利于减小环境温度和焦耳热对传感器输出信号的影响，提高传感器的工作适应性。

进一步，所述凹槽的深度为100微米至500微米。

采用上述进一步方案的有益效果是，凹槽内的空气可作为光敏电阻和焦耳参考电阻与衬底间的热绝缘层，使测试结果更加准确。