Alle pyroelektrischen Materialien sind physikalisch bedingt auch piezoelektrisch. Das heißt, der pyroelektrische Chip eines Detektors reagiert nicht nur auf die Änderung der Strahlung (pyroelektrisches Signal), sondern auch auf Körper- und Luftschall wie ein Mikrofon oder ein Beschleunigungssensor (piezoelektrisches Signal). Dieses Phänomen wird als Vibrationsempfindlichkeit oder Mikrofonieeffekt bezeichnet.
Die für pyroelektrische Detektoren unvermeidbare Störbeeinflussung durch piezoelektrisch erzeugte Signale kann nicht durch die Wahl der Betriebsart verringert werden, sondern nur durch mechanische Gegenmaßnahmen. Bei InfraTec-Detektoren sorgt eine patentierte Montage des pyroelektrischen Chips für eine Minimierung des Mikrofonieeffekts.
Ursachen des Mikrofonieeffekts
Wenn aufgrund einer Stoß‐ oder Vibrationsbelastung äußere Kräfte auf ein pyroelektrisches Material einwirken, so verformt sich dessen Kristallgitter. Verschieben sich dadurch die Ladungsschwerpunkte im Kristall senkrecht zur metallisierten Oberfläche des Materials, so entstehen Oberflächenladungen.
Dabei überlagern sich die Oberflächenladungen, die durch den pyroelektrischen Effekt aufgrund von Temperaturänderungen entstehen, mit den unerwünschten, mechanisch erzeugten Ladungen durch den piezoelektrischen Effekt (Vibrationsempfindlichkeit).
Minimierung des Mikrofonieeffekts
Für pyroelektrische Detektoren wird die Kristallorientierung so gewählt, dass der pyroelektrische Effekt maximal ist. Die dadurch entstehende Beschleunigungsempfindlichkeit ist minimal, jedoch unvermeidbar. Ihr Einfluss auf das Messsignal des pyroelektrischen Detektors lässt sich durch eine weitgehende mechanische Entkopplung des Detektors von seiner Umgebung oder durch eine effektive Schwingungsdämpfung minimieren. Auch im Detektor selbst kann mit speziellen Maßnahmen dafür gesorgt werden, dass kritische Schwingungsmoden besonders stark gedämpft werden und damit nur geringe Beiträge zum Signal liefern können.
InfraTec hat auf Basis von Simulationen mit Hilfe der Finite‐Elemente‐Methode (FEM) einen speziellen Chiphalter (Abbildung) entwickelt und erfolgreich in die Serienfertigung implementiert. Durch die patentierte Aufhängung des pyroelektrischen Chips wird dessen Verformung stark reduziert, ebenso wie die Schwingungen bei den typischen Modulationsfrequenzen des pyroelektrischen Detektors von etwa 10 Hz. Das durch mechanische Einflüsse erzeugte Störsignal verringert sich dadurch um 95 % gegenüber dem Störsignal bei einem konventionellen pyroelektrischen Detektor.
Erkennbar sind die Detektoren mit reduzierter Mikrofonie am mittleren M in der Detektorbezeichnung (LME oder LMM).
Detektorsuche
InfraTec bietet Ihnen fünf Produktgruppen mit rund 50 verschiedenen pyroelektrischen Detektoren. Zum Spektrum gehören dabei Detektoren mit reduzierter Mikrofonie und integriertem Operationsverstärker sowie digitale Detektoren.
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