1 Überblick über die Sensorik

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124 3.5 Pyroelektrische Temperatursensoren 3.5 Pyroelektrische Temperatursensoren 125
Pyroelektrische Sensoren werden in der Praxis zunehmend für die Messung der optischen
Strahlungsintensität, insbesondere von Infrarot(Wärme-)strahlung, eingesetzt
[3.53]. Ein wesentlicher Vorteil in der Anwendung ist dabei, daß die Sensorempfindlichkeit
dabei nur schwach von der Wellenlänge der einfallenden Strahlung abhängt.
Im Gegensatz zu anderen Infrarotsensoren benötigen sie keine Kühlung auf Temperaturen
weit unter 0°C. Pyroelektrische Sensoren finden vielfältige Anwendungen in
der bedrührungslosen Temperaturmessung (vorzugsweise mit einer durch einen
Chopper unterbrochenen Wärmestrahlung), wobei Empfindlichkeiten bis zu 10 -6 K
erreicht werden. Weitere Einsatzmöglichkeiten ergeben sich im Zusammenhang mit
der Infrarotspektroskopie (Messung von Schadstoffkonzentrationen in der Umwelttechnik),
sowie bei der Aufnahme ein- und zweidimensionaler Infrarotabbildungen.
Im Konsumerbereich gibt es vielfältige Anwendungen in Geräten zur Feuerwarnung
und Einbruchsicherung (Bewegungsmelder), da pyroelektrische Sensoren besonders
empfindlich auf Änderungen der Strahlungsintensität reagieren, sowie bei Lichtschranken
mit dem unsichtbarem Infrarotlicht.
Bild 3.5-4
Aufbau eines Sensors zur Einbruchssicherung (Bewegungsmelder)
Die Bilder 3.5-5 und 6 zeigen typische Kenndaten industriell gefertigter pyroelektrischer
Sensoren.
Bild 3.5-3
Hybrider Aufbau eines pyroelektrischen Zirkontitanat-Sensors (s. auch Abschnitt
4.2.1) zur Messung von Infrarotstrahlung, der zusammen mit einem Feldeffekttransistor
in demselben Gehäuse montiert und verdrahtet worden ist. Der Gehäusedeckel
wird strahlungsdurchlässig ausgeführt (nach [3.38]).
a) Aufbau mit einem einzigen pyroelektrischen Sensor
b) Aufbau mit zwei pyroelektrischen Sensoren: Bei gleichpoliger Hintereinanderschaltung
wird das Spannungssignal verdoppelt. Bei gegenpoliger HIntereinanderschaltung,
kann der Einfluß von Temperaturschwankungen kompensiert
werden, wenn nur einer der beiden Sensoren mit Infrarotlicht bestrahlt wird.
Bild 3.5-3 zeigt den hybriden Aufbau eines empfindlichen pyroelektrischen Detektors,
Bild 3.5-4 den Meßaufbau für eine Einbruchssicherung. Typische Temperaturabhängigkeiten
der Sensorgrößen (Definitionen im Abschnitt 6.2) und der spektralen
Empfindlichkeit sind in Bild 3.5-5 wiedergegeben.
Zur Bildaufnahme lassen sich pyroelektrische Sensoren auch zu Sensorarrays (Abschnitte
6.5 und 6.7) anordnen.
Bild 3.5-5 Optische Leistungdaten des pyroelektrischen Sensors RPY 89 (Definitionen s.
Abschnitt 6.2, nach [3.39])
a) Rauschspannung, Empfindlichkeit, äquivalente Rauschspannung
b) spektrale Empfindlichkeit als Funktion der Wellenlänge