Startseite > Medizintechnik > MedTech-Komponenten > Vielfältige IR-Messmöglichkeiten

Hochdetektivitätssensoren

Vielfältige IR-Messmöglichkeiten

2. November 2017, 8:00 Uhr | Dr. Reinhard Köhler (Bereichsleiter IR-Sensoren), Katrin Schindler (Marketing-Managerin), beide Dias Infrared

▶ Diesen Artikel anhören

Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Sensorkenngrößen

Aus Gleichung 1 und den vorher erläuterten Zusammenhängen folgt für den Spannungsbetrieb des Vorverstärkers die Empfindlichkeit (Gleichung 13 mit Gleichung 14 und 15). Die elektrische Zeitkonstante τ_E ergibt sich aus dem Produkt von C und R (Gleichung 16).

Oft gelten neben dem Betrag von T_R = 1, auch (ωCR)² >> 1 und C_P >> C_eV. Dann vereinfacht sich Gleichung 13 zu Gleichung 17. In diesem Fall ist die Empfindlichkeit indirekt proportional zur Modulationsfrequenz.

Nicht miteinander korrelierende Rauschquellen rufen am Ausgang des Vorverstärkers folgende Rauschspannungsanteile hervor:

► Rauschspannungsanteil durch die Temperaturrauschquelle des empfindlichen Elements
► Rauschspannungsanteil durch die tanδ-Rauschquelle des empfindlichen Elements
► Rauschspannungsanteil durch das thermische Rauschen des Vorverstärkereingangswiderstandes r_eV
► Rauschspannungsanteil durch das Stromrauschen des Vorverstärkers
► Rauschspannungsanteil durch das Spannungsrauschen des Vorverstärkers

Die normierte Rauschspannung am Vorverstärkerausgang ergibt sich aus der quadratischen Addition der einzelnen Rauschspannungsanteile (Gleichung 18).
Aus Gleichung 2 (der spezifischen Detektivität) sowie den Grundgleichungen der Empfindlichkeit und normierten Rauschspannung folgen die von den einzelnen Rauschspannungsanteilen hervorgerufenen Anteile der spezifischen Detektivität. Diese Anteile der spezifischen Detektivität sind analog der Rauschspannungsanteile und tragen zur gesamten spezifischen Detektivität (Gleichung 19) bei.

Pyroelektrisches Material

Das Pyroelektrikum hat als Wandlerelement im pyroelektrischen Infrarotsensor eine zentrale Stellung. Für den Einsatz in pyroelektrischen Strahlungssensoren sind folgende Materialkenngrößen des Pyroelektrikums von Bedeutung:

► p = pyroelektrischer Koeffizient
► ε_r = Dielektrizitätszahl
► tanδ = dielektrischer Verlust
► c_P´ = volumenspezifische Wärmekapazität

Nehmen Empfindlichkeit S_V und spezifische Detektivität D* hohe Werte an, sind ein großer pyroelektrischer Koeffizient p und kleine Werte für die Dielektrizitätszahl, den dielektrischen Verlust und der volumenspezifischen Wärmekapazität erforderlich.
»Lithiumtantalat« (LiTaO3) hat sich für den Einsatz in pyroelektrischen Sensoren bewährt. Es erfüllt die genannten Materialkenngrößen, ist temperaturbeständig und zeichnet sich durch reproduzierbare Materialeigenschaften aus. Typische Materialkenngrößen von LiTaO3 bei Raumtemperatur sind:

► p = 1,8·10^-8 Ccm^–2K^–1
► ε_r = 43
► tanδ = 0,001
► c_P´ = 3,2·Jcm^–3K^–1