Vorteile der Fabry-Pérot-Interferometer-Detektoren (FPI-Detektor)

  • Hohe Flexibilität hinsichtlich der zu messenden Substanzen
  • Anwendung chemometrischer Methoden für die Mehrkomponenten-Analyse
  • Messung bekannter Stoffzusammensetzungen mit überlappenden Banden
  • Identifikation unbekannter Substanzen 
  • Kostengünstige, robuste und miniaturisierte Lösung

Produktspektrum FPI-Detektoren

Derzeitig bietet Ihnen InfraTec verschiedene Typen mit FPF in erster Ordnung und großen Durchstimmbereichen. Die Detektoren decken beinahe den gesamten mittleren und langwelligen Infrarotbereich von ca. (3 ... 11) μm ab. Die abgedeckten Bereiche oder das Design lassen sich natürlich auch an Ihre Anforderungen individuell anpassen. 

Zum Portfolio zählen u.a. Detektoren mit integriertem ASIC. Diese können in einer Regelschleife betrieben werden und sind in der Typbezeichnung mit einem „C“ gekennzeichnet. Der Abstand der Reflektorplatten wird durch eine Kapazitätsmessung realisiert. Damit kann das Filter gegen externe Beschleunigungskräfte stabilisiert werden. Temperaturdriften werden ebenso automatisch im Regelbetrieb kompensiert.

Produktübersicht FPI-Detektoren

Durchstimmbare Detektoren (FPI)

Parameter
Typ LIE, LIM: Standardausführung
LME, LMM: Detektoren mit reduzierter Mikrofonie
LRE, LRM: Detektoren mit mikromechanischem Rahmen
LFP: Detektoren mit durchstimmbaren Fabry-Pérot-Filtern
Gehäuse TO18, TO46: 5,4 mm Durchmesser
TO5, TO39: 9,2 mm Durchmesser
TO8: 15,2 mm Durchmesser
Die dem Bindestrich folgende Ziffer gibt die Anzahl der Anschlüsse (Pins) an.
Kanal Anzahl der Messkanäle
Öffnung (mm) Größe der kreisförmigen oder rechteckigen Apertur, durch die Strahlung auf die sensitiven Elemente trifft.
Betriebsmodi Größe der kreisförmigen oder rechteckigen Apertur, durch die Strahlung auf die sensitiven Elemente trifft.
JFET/OpAmp Integrierte Verstärkungselemente wie integrierte Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (JFET) für Detektoren im Spannungsbetrieb oder integrierte Operationsverstärker (OpAmp) für Detektoren im Strombetrieb.
Thermische Kompensation Pyroelektrische Detektoren sind als thermische Detektoren für Temperaturänderungen empfindlich. Ändert sich die Umgebungstemperatur, beeinflusst dies das Messsignal und verschiebt den Arbeitspunkt. Eine thermische Kompensation reduziert diesen Effekt. Dazu erhält jedes pyroelektrische Element ein Blindelement, das unerwünschte Ströme kompensiert.
Reduzierte Mikrofonie Patentierte mikromechanische Chipbefestigung (LowMicro) von InfraTec zur Senkung der Auswirkung des störenden Körperschalls.
Detektivität* Als zentrale Kenngröße charakterisiert die spezifische Detektivität D* den Signal-Rausch-Abstand von Infrarotdetektoren.
InfraTec Detektorsuche Durchstimmbare Detektoren
Typ
Gehäuse
Kanal
Öffnung (mm)
Betriebsmodi
JFET/OpAmp
Thermische Kompensation
Reduzierte Mikrofonie
Detektivität*
Download weiterer Informationen
LFP-3144C TO8 durchstimmbar ø 1,9 Strombetrieb OpAmp Ja Ja 0,036 LFP-3144C
LFP-3850C TO8 durchstimmbar ø 1,9 Strombetrieb OpAmp Ja Ja 0,03 LFP-3850C
LFP-5580C TO8 durchstimmbar ø 2,0 Strombetrieb OpAmp Ja Ja 0,048 LFP-5580C
LFP-80105C TO8 durchstimmbar ø 2,0 Strombetrieb OpAmp Ja Ja 0,04 LFP-80105C
XFP-3137 TO8 durchstimmbar ø 1,8 Strombetrieb OpAmp Nein Nein 0,03 XFP-3137

Fabry-Pérot-Filter in vierter Ordnung der Interferenz mit PbSe-Fotowiderstand

*(400 ºC, 10 Hz, 1 Hz, 25 ºC) [10E+8cmHz1/2/W]

Anwendungshinweis FPI-Detektoren

Infrarot-Detektor mit integriertem, durchstimmbarem Fabry-Pérot Filter

Ein mikromechanisches, durchstimmbares Fabry-Pérot-Filter für die Nichtdispersive Gasanalytik im Spektralbereich (3...5) µm

Aufbau eines FPI-Detektors

Aufbau des FPI-Detektors

Die Fabry-Pérot-Filter (FPF) sind zusammen mit einem LiTaO3-basierten pyroelektrischen Detektor in das TO8-Gehäuse integriert. Der Detektor ist thermisch kompensiert und arbeitet im Strombetrieb mit einem integrierten Operationsverstärker. Die Elementgröße von (2 × 2) mm2 ist auf die Filterapertur angepasst. Das Bandpassfilter (Ordnungsfilter) ist in die Detektorkappe eingebaut.

Die Kalibrierdaten sind in einem internen EEPROM gespeichert. Zusätzlich können Sie eine Version mit integriertem ASIC zur Positionsmessung der beweglichen Reflektorplatten wählen. Auf diese Weise bleibt die Zentralwellenlänge (CWL) bei wechselndem Schwerkrafteinfluss stabil, z. B. beim Drehen des Detektors in einem portablen Gerät.

Aufbauphasen eines durchstimmbaren FPI-Detektors von InfraTec

FPI Broschüre

Erfahren Sie mehr über unsere pyroelektrischen Detektoren.

Funktionsweise des FPI-Detektors

Die durchstimmbaren Filter von InfraTec basieren auf einem mikromechanischen Fabry-Pérot-Interferometer (FPI), das aus zwei ebenen, parallelen Reflektorplatten besteht (siehe Grundaufbau und Funktionsweise). Einfach ausgedrückt wirkt das Filter als Halbwellenresonator, der eine Reihe von Transmissionsmaxima aufeinanderfolgender Interferenzordnungen erzeugt (siehe Transmissionsspektrum und Schlüsselparameter). Durch Ändern des Plattenabstandes kann die Position der Maxima und damit die Zentralwellenlänge (CWL) durchgestimmt werden. Ein zusätzliches, in Reihe zum Fabry-Pérot-Filter (FPF) platziertes Bandpassfilter (Ordnungsfilter) ermöglicht eine eindeutige schmalbandige Filterung.

Grundaufbau und Funktionsweise eines Fabry-Pérot-Filters
Transmissionsspektrum und Schlüsselparameter des FPF

Eigenschaften und Vorteile von Spektrometern

Die grundlegenden Funktionsparameter von Spektrometern sind Wellenlängenbereich, spektrale Auflösung und Durchsatz (Signal-Rausch-Abstand). In jedem Fall erfordert die Miniaturisierung eines Spektrometers einen bestimmten Kompromiss zwischen den Zielparametern. Im Infrarotbereich gilt das ganz besonders für Auflösung und Durchsatz. Im Vergleich zu Gitterspektrometern, linearen Verlaufsfiltern oder miniaturisierten Fourier-Transform-Spektrometern bieten mikromechanische FPF diesbezüglich eine sehr attraktive Lösung:

  • Kein Eintrittsspalt begrenzt den Durchsatz
  • Scannendes Messprinzip mit einem großen Einzeldetektor hat einen Durchsatzvorteil gegenüber
  • Detektorarrays
  • Detektorzeilen für den Infrarotbereich sind sehr teuer (andere Seite des Vorteils)
  • Zusätzliche Präzisionsoptiken sind überflüssig
  • Parallelplattenanordnung des FPI eignet sich ideal für die Miniaturisierung

Den großen Vorteilen der spektrometrischen Messmethode steht in vielen Anwendungen vor allem die Forderung nach einem hohen Signal-Rausch-Abstand anstatt einer hohen Auflösung gegenüber. Die durchstimmbaren Filter von InfraTec sind für diese speziellen Ansprüche optimiert:

  • Betrieb in erster Ordnung (größter Durchstimmbereich)
  • Große Apertur von circa 2 mm (großer Durchsatz)
  • Moderate Auflösung (großer Durchsatz)

Die FPF von InfraTec bestehen aus zwei gebondeten Siliziumsubstraten, die mit den Technologien der Volumenmikromechanik strukturiert werden. Sie bilden die zwei Platten des Interferometers sowie die Elektroden für den elektrostatischen Antrieb (siehe Prinzipaufbau). Dieser Ansatz bietet große Vorteile gegenüber konkurrierenden Lösungen:

  • Dicke Reflektorplatten verhindern statische oder dynamische Deformationen
  • getrennte Reflektor- und Elektrodenplatten heben die Begrenzung des Durchstimmbereiches durch Instabilitäten des elektrostatischen Antriebs auf
  • Dünnschichtsystem für Reflektoren und AR-Beschichtungen vom nahen bis in den fernen Infrarotbereich

Evaluation Kit

Mit dem Evaluation-Kit testen Sie den Fabry-Pérot-Interferometer-Detektor (FPI-Detektor), ohne dafür eigene Testschaltungen oder Software zu entwickeln. Die Software von InfraTec erlaubt die Ansteuerung des Detektors und einer IR-Strahlungsquelle sowie die Analyse des Detektorsignals. Mithilfe des Kits konfigurieren Sie ein Mini-Spektrometer schnell und bequem.

Evaluation Kit von InfraTec

Vorteile des Evaluation-Kit

  • Betrieb des FPI-Detektors aus den im Detektor hinterlegten Kalibrierdaten sowie Signalanalyse
  • Betrieb einer IR-Strahlungsquelle 
  • Umfangreiche Konfigurationsoptionen, einschließlich Darstellung kompletter Spektren mit der Software „Fabry-Pérot evaluation workbench“

    Das Evaluation-Kit enthält eine Detektorplatine sowie Hauptplatine mit USB-Interface, USB-Kabel, Flachbandkabel, CDROM mit Test- und Messsoftware, USB-Treiber und Handbuch. Die Hauptplatine ist kompatibel zu allen FPI-Detektoren und kann damit sowohl Detektorplatinen für geregelte als auch gesteuerte FPI-Detektoren betreiben. Auf Anfrage ist das Evaluation-Kit auch mit einer IR-Strahlungsquelle erhältlich.

    Technische Daten

    Spezifikationen

    • Spannungsversorgung 12 V
    • Stromaufnahme 150 mA (ohne IR-Strahlungsquelle)
    • Integrierte Erzeugung Spannungsversorgung für Detektor ± 5 V
    • Integrierte Erzeugung Fabry-Pérot-Steuerspannung (z. B. max. 35 V für LFP-3144-337)
    • Betrieb einer IR-Strahlungsquelle bis 800 mA, DC bis 500 Hz (Rechtecksignal, (0 ... 100) % Tastverhältnis)
    • Signalerfassung mit 12 Bit, 2 kHz, Analyse mit FFT-Algorithmus

    Anforderungen

    • PC mit Windows 2000, XP, Vista, 7 oder höher mit USB 2.0 Schnittstelle
    • Spannungsversorgung 12 V DC (300 mA Minimum)

    Detektor-Suche

    InfraTec bietet Ihnen fünf Produktgruppen mit rund 50 verschiedenen pyroelektrischen Detektoren. Wählen Sie Ihre passenden Infrarotdetektoren mit unserer detaillierten Detektorsuche.

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