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Dokumentenidentifikation DE69834110T2 12.04.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000983491
Titel PYROELEKTRISCHER DETEKTOR MIT RÜCKGEKOPPELTEM VERSTÄRKER FÜR EIN VERBESSERTES NIEDERFREQUENZVERHALTEN
Anmelder Honeywell International Inc., Morristown, N.J., US
Erfinder MICKO, S., Eric, Rescue, CA 95672, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69834110
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 27.02.1998
EP-Aktenzeichen 989114434
WO-Anmeldetag 27.02.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/US98/04009
WO-Veröffentlichungsnummer 1999044020
WO-Veröffentlichungsdatum 02.09.1999
EP-Offenlegungsdatum 08.03.2000
EP date of grant 05.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse G01J 5/10(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G01J 5/34(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Pyroelektrische Detektorvorrichtung und im Besonderen eine Verstärkerschaltung für einen pyroelektrischen Detektor mit einem Rückkopplungs- bzw. Rückführungspfad zum Multiplizieren des Widerstands einer Detektorelement-Widerstandsbelastung auf Frequenzen von ungleich Null.

Stand der Technik

Pyroelektrische Detektoren erzeugen geringe Mengen elektrischer Ladungen, immer wenn sich ihre Temperatur verändert. Häufig sind diese Detektoren so gestaltet, dass sie als Reaktion auf einfallende bzw. eintreffende elektromagnetische Strahlung Temperaturveränderungen unterliegen. Somit kann als Reaktion auf jede Situation eine elektrische Ladung erzeugt werden, in der elektromagnetische Strahlung die Temperatur des Detektors verändern kann. Die Ladung kann durch ein elektronisches Instrument gemessen werden, das ein Ergebnis in einer allgemein verwendbaren Form übermittelt.

Pyroelektrische Detektoren werden für gewöhnlich nicht zum Messen stetiger Temperaturen verwendet (wie etwa ein Thermometer). Bei pyroelektrischen Detektoren würde eine derartige Messung die präzise Berücksichtigung sehr kleiner Mengen elektrischer Ladung voraussetzen, was mit der verfügbaren Technologie keine praktische Lösung ist. Somit werden pyroelektrische Detektoren zum Messen von Temperaturveränderungen eingesetzt. Ein Detektor, der so gestaltet ist, dass er auf elektromagnetische Strahlung anspricht, erzeugt somit elektrische Ladung als Reaktion auf Veränderungen der auf ihn auftreffenden elektromagnetischen Strahlung.

Eine kennzeichnende Anwendung für einen pyroelektrischen Detektor ist das Detektieren von Menschen, die Infrarotlicht emittieren (eine Form der elektromagnetischen Strahlung). Optische Elemente sind zum Fokussieren von Infrarotlicht von einem bestimmten räumlichen Volumen auf einen pyroelektrischen Detektor gestaltet. Ein Mensch, der sich in ein räumliches Volumen bewegt, bewirkt eine Veränderung der auf den Detektor eintreffenden bzw. einfallenden elektromagnetischen Strahlung, was wiederum als Reaktion eine geringe Menge elektrischer Ladung erzeugt. Durch das Hinzufügen elektrischer Messinstrumente zu einer derartigen Kombination aus Optik und Detektoren wird ein Sensor für menschliche Bewegung erzeugt.

Zum Messen der Ladung von dem pyroelektrischen Detektor können zahlreiche unterschiedliche Methoden verwendet werden. Ein übliches Verfahren ist der Anschluss eines Belastungswiderstands (RL) parallel zu dem pyroelektrischen Sensorelement 2, positioniert in einer Einheit angrenzend an ein Fenster 1, wie dies in der Abbildung aus 1 dargestellt ist, und zum Messen der Übergangsspannung, die durch die Ladung erzeugt wird, die von dem pyroelektrischen Sensorelement 2 fließt, und zwar als Reaktion auf eine Temperaturveränderung. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Detektors variiert das Ausmaß der resultierenden Spannung mit der Rate der Temperaturveränderung. Diese Veränderung wird häufig durch einen Graphen des Frequenzgangs beschrieben, wie dies in der Abbildung aus 2 dargestellt ist, welcher die Spitzenspannung je Watt der einfallenden Energie (welche die Temperaturveränderung bewirkt) versus der Frequenz der Anwendung der Energie.

Bei einem Einsatz in der Konfiguration des parallelen Belastungswiderstands (RL) weisen pyroelektrische Detektoren auf einer bestimmten Frequenz ein Spitzenansprechverhalten auf. Der Belastungswiderstand ist ein Element, das die Position des Niederfrequenz-Kipppunktes der Spitze bestimmt. Die Erhöhung der Höhe des Belastungswiderstands verschiebt die Spitze auf eine niedrigere Frequenz. Für viele Anwendungen ist eine niedrige Frequenzspitze wünschenswert. Der erforderliche Belastungswiderstand kann aber auch im Bereich hunderter von Gigaohm liegen. Widerstände dieser Höhe lassen sich nur schwer herstellen. Zudem sind Messgeräteschaltungen, welche diese Widerstände verwenden, häufig mit Problemen verbunden.

In der Abbildung aus 3 ist ein weiterer herkömmlicher pyroelektrischer Detektor dargestellt, der einen Operationsverstärker 8 umfasst, der als ein Puffer für das pyroelektrische Sensorelement 7 verwendet wird, mit einer Anordnung in einer Einheit angrenzend an ein Fenster 6. Der Operationsverstärker fügt eine deutlich kleinere Offsetspannung hinzu als der FET aus der Abbildung aus 1, und er dupliziert die Ausgangsspannung des pyroelektrischen Sensorelements 7 innerhalb eines Faktors, der näher an Eins liegt (0,9995 bis 1,0). Diese Attribute sind für gewöhnlich jedoch nicht kritisch für Anwendungen pyroelektrischer Detektoren, so dass ein FET das Verstärkerelement ist, das am häufigsten eingesetzt wird, da es kostengünstiger ist.

Das am 4. Oktober 1994 an Masao Inoue erteilte U.S. Patent US-A-5.352.895 offenbart eine pyroelektrische Vorrichtung, die ein pyroelektrisches Element zum Detektieren von Infrarotstrahlung umfasst, und einen Feldeffekttransistor (FET), der mit dem pyroelektrischen Element verbunden ist, um die verhältnismäßig geringe elektrische Ladungsmenge zu verstärken, die als Reaktion auf einfallende Energie erzeugt wird. Kondensatoren sind mit den Source- und Drain-Anschlüssen des FET verbunden, um eine angelegte Spannung zu stabilisieren und um durch hohe Frequenzen induziertes Rauschen zu unterdrücken. Ein Gate-Widerstand ist zwischen die Anschlüsse des pyroelektrischen Elements geschaltet. Das pyroelektrische Element besteht aus PVD- oder PZT-Werkstoffen, und der für die Feuerdetektierung verwendete Gate-Widerstand weist einen Widerstand im Bereich von 5 bis 50 Gigaohm auf, und im Besonderen einen beanspruchten Widerstand von 10 Gigaohm. Der FET-Verstärker stellt jedoch keine Multiplikation des Widerstands des Gate-Widerstands 12 auf Frequenzen von ungleich Null bereit.

Das am 16. November 1993 an Akira Kumada erteilte U.S. Patent US-A-5.262.647 offenbart einen Infrarotdetektor mit einem pyroelektrischen Detektorelement und einem Operationsverstärker mit einer Zerhacker-Regelungsschaltung, die es ermöglicht, dass der Detektor entweder eine sich bewegende Person oder Temperatur fühlt bzw. misst. Ein Zerhackermechanismus unterbricht einen Infrarotstrahl, der in ein pyroelektrisches Infrarotdetektorelement eingegeben wird. Eine Verstärkungsregelungsschaltung ist mit dem Operationsverstärker verbunden, um den Verstärkungsfaktor des Verstärkers zu regeln. Der Operationsverstärker sorgt jedoch für keine Multiplikation des Widerstands des Belastungswiderstands bei Frequenzen von ungleich Null.

Offenbarung der Erfindung

Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Rückführungspufferverstärker bereitzustellen, zum Empfang der Ausgabe des pyroelektrischen Detektorelements an der Verbindung eines Belastungswiderstands (RL) zum Multiplizieren des Widerstands des Belastungswiderstands (RL) auf Frequenzen von ungleich Null.

Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, den Einsatz kleinerer Widerstände in dem pyroelektrischen Detektor zu ermöglichen, die leichter herzustellen sind, indem ein effektiver Belastungswiderstand als Folge der Rückkopplung von einem Pufferverstärkerausgang bereitgestellt wird, wobei der Widerstand des Belastungswiderstands multipliziert wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, die ruhende bzw. unterdrückte (Nullfrequenz) Ausgabe des pyroelektrischen Detektors mit kleineren Belastungswiderständen zu verwalten, in Gegenwart eines Pufferverstärker-Eingangsvorbelastungsstroms.

Diese und andere Aufgaben werden ferner durch einen pyroelektrischen Detektor erreicht, der eine Einrichtung zum Abfühlen von Infrarotstrahlung umfasst, eine Einrichtung, die parallel mit der Sensoreinrichtung verbunden ist, um eine Last bereitzustellen, um die Ausgabe der Sensoreinrichtung zu messen, eine Einrichtung, die mit dem Ausgang der Sensoreinrichtung gekoppelt ist, um die Ausgabe zu puffern, und eine Rückführungseinrichtung, die mit von einem Ausgang mit einem Eingang der Puffereinrichtung verbunden ist, um eine Multiplikation des Widerstands der Last zu erzeugen. Die Sensoreinrichtung umfasst einen pyroelektrischen Keramikwerkstoff. Diese Lasteinrichtung umfasst einen ersten Widerstand, der in Reihe mit einem zweiten Widerstand geschaltet ist. Die Rückführungseinrichtung umfasst einen Kondensator, der zwischen den Puffereinrichtungsausgang und die Lasteinrichtung gekoppelt ist. Die Puffereinrichtung umfasst einen Feldeffekttransistor. Die Puffereinrichtung umfasst einen Operationsverstärker. Die Puffereinrichtung umfasst eine Verstärkung von nahe Eins. Die Multiplikation des Belastungswiderstands verbessert das Niederfrequenzverhalten der Sensoreinrichtung. Die Puffereinrichtung umfasst einen Quellwiderstand zur Bereitstellung einer gepufferten Ausgabe des Sensoreinrichtungsausgangs der Puffereinrichtung.

Die Aufgaben werden ferner erreicht durch einen pyroelektrischen Detektor, der eine Einrichtung zum Abfühlen von Infrarotstrahlung umfasst, eine Einrichtung, die parallel zu der Sensoreinrichtung ist, um eine Last zum Messen des Ausgangs der Sensoreinrichtung bereitzustellen, wobei die Last einen ersten Belastungswiderstand umfasst, der in Reihe mit einem zweiten Widerstand geschaltet ist, eine Einrichtung, die mit dem Ausgang der Sensoreinrichtung gekoppelt ist, um die Ausgabe der Sensoreinrichtung zu puffern, wobei die Puffereinrichtung einen Ausgangsteiler umfasst, der einen ersten Quellwiderstand aufweist, der in Reihe mit einem zweiten Quellwiderstand verbunden ist, und wobei der Detektor ferner eine Rückführungseinrichtung umfasst, die von der Verbindung zwischen dem ersten Quellwiderstand und dem zweiten Quellwiderstand mit der Verbindung zwischen dem ersten Belastungswiderstand und dem zweiten Widerstand verbunden ist, um eine Multiplikation der Last bzw. der Belastung zu erzeugen. Die Sensoreinrichtung umfasst einen pyroelektrischen Keramikwerkstoff. Die Rückführungseinrichtung der Puffereinrichtung umfasst einen Kondensator. Die Puffereinrichtung umfasst einen Feldeffekttransistor. Die Puffereinrichtung umfasst eine Verstärkung nahe Eins. Die Multiplikation des Belastungswiderstands verbessert das Spitzen-Niederfrequenzverhalten der Sensoreinrichtung.

Die Aufgaben werden ferner durch ein Verfahren zur Bereitstellung eines pyroelektrischen Detektors erreicht, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: das Abfühlen von Infrarotstrahlung, das Verbinden einer Last parallel zu der Einrichtung zum Abfühlen der Infrarotstrahlung, das Puffern der Ausgabe der Sensoreinrichtung mit einer Verstärkereinrichtung, und das Bereitstellen einer Rückführungseinrichtung in der Verstärkereinrichtung, verbunden von einem Ausgang mit einem Eingang der Verstärkereinrichtung zum Erzeugen einer Multiplikation des Widerstands der Last. Der Schritt des Abfühlens der Infrarotstrahlung umfasst den Schritt der Verwendung eines Sensors mit pyroelektrischem Keramikwerkstoff. Der Schritt des Verbindens der Last umfasst den Schritt des Verbindens eines ersten Widerstands in Reihe geschaltet mit einem zweiten Widerstand. Der Schritt des Bereitstellens der Rückführungseinrichtung umfasst den Schritt des Verbindens eines Kondensators zwischen dem Ausgang der Verstärkereinrichtung und der Last an dem Eingang der Verstärkereinrichtung. Der Schritt des Pufferns der Ausgabe der Sensoreinrichtung umfasst den Schritt der Verwendung eines Feldeffekttransistors. Der Schritt des Pufferns des Ausgangs der Sensoreinrichtung umfasst den Schritt des Verwendens eines Operationsverstärkers. Der Schritt des Bereitstellens der Rückführung zur Erzeugung einer Multiplikation des Widerstands der Last verbessert die Spitzenamplitude eines Niederfrequenzverhaltens der Sensoreinrichtung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den anhängigen Ansprüchen ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung speziell ausgeführt und eindeutig beansprucht. Die verschiedenen Aufgaben, Vorteile und neuartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vollständig verständlich, wobei in den Zeichnungen die ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. In den Zeichnungen zeigen:

1 ein Schaltungsdiagramm eines herkömmlichen pyroelektrischen Infrarotstrahlungsdetektors mit einem Feldeffekttransistor (FET) als ein verstärkendes Element;

2 einen Graphen des Spannungsverhaltens in Volt/Watt eines pyroelektrischen Detektorelements versus der Frequenz der auf das Detektorelement einfallenden elektromagnetischen Strahlung;

3 ein Schaltungsdiagramm eines weiteren herkömmlichen pyroelektrischen Infrarotstrahlungsdetektors mit einem Operationsverstärker als ein verstärkendes Element;

4 ein Schaltungsdiagramm eines pyroelektrischen Infrarotstrahlungsdetektors gemäß der vorliegenden Erfindung; und

5 ein Schaltungsdiagramm eines alternativen Ausführungsbeispiels eines pyroelektrischen Infrarotstrahlungsdetektors gemäß der vorliegenden Erfindung.

Beste Ausführungsart der vorliegenden Erfindung

In Bezug auf die Abbildung aus 1 ist ein gemäß dem Stand der Technik bekannter pyroelektrischer Detektor dargestellt, der ein pyroelektrisches Sensorelement 2 umfasst, das angrenzend an ein Einheitenfenster 1 angeordnet ist, mit einem Belastungswiderstand (RL), der zwischen die Anschlüsse des pyroelektrischen Sensorelements 2 geschaltet ist, einen Feldeffekttransistor (FET) 3, einen Drain-Widerstand RD, der zwischen einen Drain-Anschluss des FET 3 und eine Spannungsquelle (VS) gekoppelt ist, und einen Source-Widerstand (RS), der zwischen einen Source-Anschluss des FET 3 und die Rückführungsseite der Spannungsquelle (VS) gekoppelt ist. Infrarotstrahlung tritt durch das Fenster 1 und einen optischen Filter (nicht abgebildet) und wird in dem pyroelektrischen Element 2 empfangen. Die Widerstände RS und RD und die Spannungsquelle (VS) sind extern mit dem untergebrachten pyroelektrischen Element 2 verbunden, und zwar mit dem RL und dem Verstärker-FET 3. Eine gepufferte Signalausgabe 5 wird an der Quelle bzw. dem Source-Anschluss (S) des FET 3 bereitgestellt. Mit einer zusätzlichen Offsetspannung zwischen dem Gate-Anschluss (G) und dem Source-Anschluss (S) des FET wird die Spannung von dem pyroelektrischen Sensorelement 2 an dem Source-Anschluss (S) des FET 3 innerhalb des Verstärkungsfaktors zwischen 0,95 und 1,0 dupliziert. Weniger häufig eingesetzt wird die verstärkte Signalausgabe 4 an dem Drain-Anschluss (D) des FET 3.

In folgendem Bezug auf die Abbildung aus 4 ist ein Schaltungsdiagramm eines pyroelektrischen Detektors 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Schaltungsdiagramm des pyroelektrischen Detektors 10 zeigt eine Einheit 11 mit einem Fenster 12, wobei ein externer Quellwiderstand (RS) mit einem Source-Anschluss 19 verbunden ist, und wobei eine Spannungsquelle (VS) mit einem Drain-Anschluss 13 verbunden ist. Die Einheit 11 umfasst ein pyroelektrisches Sensorelement 14, das innerhalb der Einheit 11 angrenzend an das Fenster 12 positioniert ist, mit einem optischen Filter (nicht abgebildet), der dazu dient, es zu verhindern, dass weißes Licht das Sensorelement 14 beeinträchtigt, mit einem Widerstandsnetz mit einem Belastungswiderstand (RL) in Reihe geschaltet mit einem Widerstand R, der zwischen die Anschlüsse des pyroelektrischen Sensorelements 14 gekoppelt ist, und mit einem Feldeffekttransistor 16 mit einem Gate-Anschluss (G), der mit einem Ausgangsanschluss des pyroelektrischen Sensorelements 14 und RL an dem Knoten 15 verbunden ist. Ferner ist ein Kondensator (C) zwischen den Source-Anschluss 19 des FET 16 und die Verbindung der Reihenwiderstände RL und R geschaltet. Die Verbindung zwischen dem Widerstand R und dem zweiten Anschluss des pyroelektrischen Elements ist mit dem Anschluss 17 der Einheit 11 verbunden. Der Quellwiderstand (RS) ist extern zwischen den Source-Anschluss 19 des FET 16 und den Anschluss 17 geschaltet. Der positive Anschluss der Spannungsquelle (VS) ist mit dem Drain-Anschluss 13 des FET 16 verbunden, und die Rückführungsseite von VS ist mit dem Anschluss 17 der Einheit 11 verbunden. Eine gepufferte Signalsausgangsspannung 18 wird an dem Source-Anschluss (S) des FET über den Widerstand RS gemessen.

In weiterem Bezug auf die Abbildung aus 4 wird eine Rückführung bzw. Rückkopplung von dem Source-Ausgang des Puffer-FET 16 an den Gate-Eingang des Puffer-FET 16 über den Kondensator C und den Belastungswiderstand RL eingeführt. Der Effekt dieser Rückführung ist die Multiplikation des Wertes des Belastungswiderstands RL mit dem folgenden Faktor bei typischen Messfrequenzen:

Auf Nullfrequenz entspricht der Belastungswiderstand dem nicht multiplizierten Wert von RL + R. Der Widerstand R kann deutlich kleiner als RL ausgewählt werden, und er bestimm gemeinsam mit dem Kondensator C den Zeitpunkt, zu dem der Rückführungspfad aktiv wird. Auf Nullfrequenz, wenn C eine offene Schaltung darstellt, entspricht der Belastungswiderstand R + RL ungefähr RL. Auf Frequenzen deutlich oberhalb von 1/2&pgr;RC, wobei C als ein Kurzschluss betrachtet werden kann, entspricht der Belastungswiderstand im Gegensatz dazu:

Das Produkt RC kann nach Belieben erhöht werden, um ein erweitertes Niederfrequenzverhalten der pyroelektrischen Sensor-/Pufferschaltung zu erzeugen, bis das thermische Verhalten des Detektorsensorelements 14 das Niederfrequenzverhalten beschränkt. Die Erweiterung wird ohne übermäßig hohe Widerstände für RL erreicht, da RL auf Frequenzen multipliziert wird, die deutlich oberhalb von 1/2&pgr;RC liegen. Auf einer Frequenz von Null hingegen erfährt der Puffer-FET 16 eine Belastung des Detektorelements von nur RL, was die Anforderungen für den entsprechenden Eingangsvorbelastungsstrom erleichtert, der eine übermäßige Offsetspannung bewirken kann, wenn der Strom in einen Widerstand fließt, der um ein Vielfaches größer ist als RL. Es ist nützlich, dass wenn eine Belastung bzw. Last von 2RL bei Nullfrequenz zulässig ist, R gleich RL sein kann. Aufgrund der Schwankung bzw. Veränderlichkeit des Pufferverstärkungsfaktors, im Besonderen in FET-Puffern, kann de Verstärkungsfaktor reduziert und weniger abhängig von den Eigenschaften der Pufferschaltung gestaltet werden. Dies führt zu einer geringeren, jedoch präziseren RL Multiplikation.

Obgleich die speziellen Komponenten der pyroelektrischen Detektorschaltung aus 4 abhängig von der jeweiligen Anwendung variieren können, umfasst das bevorzugte Ausführungsbeispiel die folgenden Komponenten. Das pyroelektrische Sensorelement 14 kann durch einen pyroelektrischen Keramiksensor ausgeführt werden, wie dieser etwa durch die Teilenummer LHi888, hergestellt durch EG&G Heimann Optoelectronics, Montgomeryville, Pennsylvania, USA, bereitgestellt wird. Der FET 16 kann durch eine Vorrichtung 2N4338 ausgeführt werden, die von vielen Quellen erhältlich ist. Der Belastungswiderstand RL ist ein Widerstand mit 20 Gigaohm, wobei R ein Widerstand mit 2 Gigaohm ist, wobei C 27 Nanofarad entspricht, und wobei RS 47 Kiloohm aufweist. Die Quellenspannung (VS) ist gleich 0,5 Volt.

In folgendem Bezug auf die Abbildung aus 5 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines pyroelektrischen Detektors 20 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Bereitstellung eines Verfahrens zur Reduzierung des Verstärkungsfaktors dargestellt. Der pyroelektrische Detektor 20 umfasst eine Einheit 21 mit einem Fenster 22 mit einem optischen Filter (nicht abgebildet) und einem externen Quellwiderstand (RS), der mit einem Source-Anschluss 29 verbunden ist, und mit einer Spannungsquelle (VS), die mit einem Drain-Anschluss 23 verbunden ist. Die Einheit 21 umfasst ein pyroelektrisches Sensorelement 24, das innerhalb der Einheit 21 angrenzend an das Fenster 22 positioniert ist, mit einem Widerstandsnetz mit einem Belastungswiderstand RL, der in Reihe mit dem Widerstand R geschaltet ist, wobei das genannte Netz zwischen die Anschlüsse des pyroelektrischen Sensorelements 24 geschaltet ist, und mit einem Feldeffekttransistor 26, dessen Gate-Anschluss (G) mit dem Ausgangsanschluss des pyroelektrischen Sensorelements 24 und RL an dem Knoten 25 verbunden ist. Ferner ist der Kondensator (C) zwischen die Verbindung des Reihenwiderstandsnetzes RL und R und den Anschluss 29 an der Verbindung der Reihenwiderstände RS1 und RS geschaltet, die einen Ausgangsteiler mit Widerstandswerten bilden, die um ein Vielfaches kleiner sind als RL. Der Ausgangsteiler von RS1 und RS stellt eine kleinere, jedoch präzisere Multiplikation des Belastungswiderstands bereit. Der positive Anschluss der Spannungsquelle VS ist mit dem Drain-Anschluss 23 des FET 26 verbunden, und die Rückführungsseite von VS ist mit dem Anschluss 27 und RS verbunden. Die Spannung des gepufferten Signalausgangs 28 wird an dem Anschluss 29 an der Teilerverbindung von RS1 und RS gemessen.

Aufgrund der Schwankungen des Pufferverstärkungsfaktors, im Besonderen in den FET-Puffern, wird der Verstärkungsfaktor in dem pyroelektrischen Detektor 20 aus 5 reduziert, was zu einer geringeren jedoch präziseren Multiplikation von RL führt. Der reine Verstärkungsfaktor entspricht:

Die in der Abbildung aus 5 dargestellten Komponenten des pyroelektrischen Detektors 20 können durch die gleichen Komponenten wie für den pyroelektrischen Detektor aus der Abbildung aus 4 ausgeführt werden, mit Ausnahme des zusätzlichen Widerstands RS1, der einen Wert von 4,7 Kiloohm aufweist.

Die vorliegende Erfindung wurde in Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele offenbart. Es ist jedoch offensichtlich, dass in Bezug auf die offenbarte Vorrichtung zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden können, ohne dabei von der Erfindung abzuweichen. Somit decken die anhängigen Ansprüche alle derartigen Abänderungen und Modifikationen ab, die dem Umfang der vorliegenden Erfindung entsprechen.


Anspruch[de]
Pyroelektrischer Detektor, der folgendes umfasst:

eine Sensoreinrichtung zum Abfühlen von Infrarotstrahlung, wobei die genannte Sensoreinrichtung eine Ausgabe aufweist;

eine Lasteinrichtung, die parallel mit der genannten Sensoreinrichtung verbunden ist, um eine Last bereitzustellen, um die genannte Ausgabe der Sensoreinrichtung zu messen, wobei die genannte Lasteinrichtung einen ersten Widerstand aufweist, der in Reihe mit einem zweiten Widerstand verbunden ist, und wobei der genannte erste Widerstand und der zweite Widerstand an einer Verbindung miteinander verbunden sind;

eine Transistorpuffereinrichtung mit einem Gatter, das mit dem genannten Ausgang der genannten Sensoreinrichtung gekoppelt ist, um die genannte Ausgabe zu puffern; und

eine Rückführungseinrichtung, die einen Kondensator umfasst, der zwischen einen Ausgang der genannten Transistorpuffereinrichtung und die genannte Verbindung der genannten ersten und zweiten Widerstände gekoppelt ist, um eine Multiplikation des Widerstands der genannten Last zu erzeugen.
Pyroelektrischer Detektor nach Anspruch 1, wobei die genannte Sensoreinrichtung einen pyroelektrischen Keramikwerkstoff umfasst. Pyroelektrischer Detektor nach Anspruch 1, wobei die genannte Puffereinrichtung einen Feldeffekttransistor umfasst. Pyroelektrischer Detektor nach Anspruch 1, wobei die genannte Puffereinrichtung eine Verstärkung von nahe Eins aufweist. Pyroelektrischer Detektor nach Anspruch 1, wobei die genannte Multiplikation des genannten Belastungswiderstands ein Spitzen-Niederfrequenzverhalten der genannten Sensoreinrichtung verbessert. Pyroelektrischer Detektor nach Anspruch 1, wobei die genannte Puffereinrichtung einen Quellwiderstand umfasst, um eine gepufferte Ausgabe des genannten Sensoreinrichtungsausgangs aus der genannten Puffereinrichtung bereitzustellen. Pyroelektrischer Detektor, der folgendes umfasst:

eine Einrichtung zum Abfühlen von Infrarotstrahlung;

eine Einrichtung, die parallel mit der genannten Sensoreinrichtung verbunden ist, um eine Last zum Messen der Ausgabe der genannten Sensoreinrichtung bereitzustellen, wobei die genannte Last einen ersten Belastungswiderstand umfasst, der in Reihe mit einem zweiten Widerstand verbunden ist;

eine Transistorpuffereinrichtung mit einem Gatter, das mit dem genannten Ausgang der genannten Sensoreinrichtung verbunden ist, um die genannte Ausgabe der Sensoreinrichtung zu puffern;

einen Ausgangsteiler mit einem ersten Quellwiderstand, der in Reihe mit einem zweiten Quellwiderstand mit einem Ausgang der genannten Transistorpuffereinrichtung verbunden ist; und

eine Rückführungseinrichtung, die einen Kondensator umfasst, der von der Verbindung zwischen dem genannten ersten Quellwiderstand und dem genannten zweiten Quellwiderstand mit der Verbindung des genannten ersten Belastungswiderstands und dem genannten zweiten Widerstand verbunden ist, um eine Multiplikation der genannten Last zu erzeugen.
Pyroelektrischer Detektor nach Anspruch 7, wobei die genannte Sensoreinrichtung einen pyroelektrischen Keramikwerkstoff umfasst. Pyroelektrischer Detektor nach Anspruch 7, wobei die genannte Puffereinrichtung einen Feldeffekttransistor umfasst. Pyroelektrischer Detektor nach Anspruch 7, wobei die genannte Puffereinrichtung eine Verstärkung von nahe Eins aufweist. Pyroelektrischer Detektor nach Anspruch 7, wobei die genannte Multiplikation des genannten Belastungswiderstands ein Spitzen-Niederfrequenzverhalten der genannten Sensoreinrichtung verbessert. Verfahren zur Bereitstellung eines pyroelektrischen Detektors, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

das Bereitstellen einer Sensoreinrichtung zum Abfühlen von Infrarotstrahlung, wobei die genannte Sensoreinrichtung einen Ausgang aufweist;

das Verbinden einer Last parallel mit der genannten Sensoreinrichtung, wobei die genannte Last einen ersten Widerstand umfasst, der in Reihe mit einem zweiten Widerstand verbunden ist, und wobei die genannten ersten und zweiten Widerstände an einer Verbindung miteinander verbunden sind;

das Puffern der genannten Ausgabe der genannten Sensoreinrichtung, indem diese einem Gatter einer Transistorpuffereinrichtung zugeführt wird; und

das Bereitstellen einer Rückführungseinrichtung zwischen der genannten Transistorpuffereinrichtung und der genannten Last, wobei die genannte Rückführungseinrichtung einen Kondensator umfasst, der von einem Ausgang der genannten Transistorpuffereinrichtung mit der genannten Verbindung zwischen dem genannten ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand verbunden ist, um eine Multiplikation des Widerstands der genannten Last zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der genannte Schritt des Abfühlens der genannten Infrarotstrahlung den Schritt des Verwendens eines Sensors mit einem pyroelektrischen Keramikwerkstoff umfasst. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der genannte Schritt des Pufferns der genannten Ausgabe der genannten Sensoreinrichtung den Schritt des Verwendens eines Feldeffekttransistors umfasst. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der genannte Schritt des Bereitstellens einer Rückführung zum Erzeugen einer Multiplikation des Widerstands der genannten Last eine Spitzenamplitude eines Niederfrequenzverhaltens der genannten Sensoreinrichtung verbessert.






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