一种带环境光检测功能的热释电传感器的制作方法

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种带环境光检测功能的热释电传感器。

背景技术：

随着智能家居技术的发展，热释电传感器和环境光传感器常常在一起使用，热释电传感器用于检测人体的移动，环境光传感器用于检测环境光线的强度，两者结合在一起判断环境中有没有人以及环境光线的强度。

传统的热释电传感器，一般包含有场效应管1'、敏感元2'、管帽3'、管座4'、红外滤光片5'，基板6'，管帽3'上开有一个窗口并在窗口上装有红外滤光片5，结构如图1所示。

环境光传感器，是指光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管或光敏集成传感器等可以检测环境光强度的传感器。

常见的一种应用场景是智能灯具，其控制框图如图2所示，包括热释电传感器、环境光传感器、控制单元、执行单元。所述热释电传感器用于检测是否有人，输出信号给控制单元；所述环境光传感器对工作面光强度进行检测，输出信号给控制单元。控制单元依据算法控制执行单元是否需要打开灯具或者调整灯具的发光强度。

图2中，热释电传感器和环境光传感器为独立的两个产品，需单独封装、单独应用，生产和应用都比较复杂，成本也较高。

技术实现要素：

为解决现在技术存在的上述问题，本发明提供了一种提高了产品可靠性、简化产品结构、生产应用方便、成本低的带环境光检测功能的热释电传感器。

本发明采用的技术方案是：

一种带环境光检测功能的热释电传感器，包括光敏元件、光敏元件匹配电路、环境光滤光片、场效应管、热释电敏感元、管帽、管座、红外滤光片、基板，所述管帽上开有第一个窗口并在窗口上装有红外滤光片，所述管帽封装固定于管座上与管座之间形成腔体，所述基板设置于管座上并位于腔体内，所述场效应管、热释电敏感元均设置于腔体内，所述场效应管安装于基板上，所述热释电敏感元安装于场效应管的上方，所述管座下方安装有多个管脚，所述场效应管的漏极、源极分别与相应管脚连接，所述热释电敏感元的两端分别与场效应管的栅极、管脚地连接，其特征在于：所述管帽上开设有第二个窗口并在窗口上安装有环境光滤光片，所述腔体内安装有光敏元件，所述光敏元件与环境光滤光片之间设有光路，所述光路外罩设有隔离罩，所述光敏元件与相应管脚相连，或与光敏元件匹配电路相连，光敏元件匹配电路再与相应管脚相连。本发明是将热释电敏感元和光敏元件合封在一个封装腔体内，两个敏感元检测对象不同，热释电敏感元检测人体辐射出的红外线信号，波长为5-10um，利用的是光的热效应；光敏元件检测波长为环境中的可见光，波长为0.3-0.8um，利用的是光的量子效应。并且通过隔离罩给两个敏感元形成独立的光通路，以保证检测的准确性，避免干扰光的影响。

进一步，所述隔离罩包括上挡光柱和下挡光柱，所述光敏元件安装于基板上，所述下挡光柱罩设于光敏元件外，所述上挡光柱安装于下挡光柱与管帽的上表面之间，所述上挡光柱内安装有导光柱。本发明的外界光线通过环境光滤光片、导光柱、下挡光柱和上挡光柱引入到光敏元件表面，导光柱对外界光线全发射，这样外界光线被限制在下挡光柱和上挡光柱内，并与从第一个窗口入射的红外信号完全隔离。

进一步，所述上挡光柱和下挡光柱同心设置连接成一体结构。

或者，所述隔离罩为一封装腔体，所述光敏元件安装于封装腔体内，所述封装腔体安装于管帽上，其上表面露出第二个窗口或与第二个窗口齐平，所述环境光滤光片安装于封装腔体的上表面。本发明的外界光线通过环境光滤光片直接到光敏元件表面，外界光线被限制在封装腔体内，并与从第一个窗口入射的红外信号完全隔离。

进一步，所述封装腔体采用不透可见光材料制成。

进一步，所述封装腔体通过立柱安装于基板上并与管帽连接设置。

进一步，所述光敏元件是光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管或光敏集成传感器。

进一步，所述热释电敏感元上并联有阻抗匹配电阻。

本发明的有益效果是：具有红外辐射和环境光线检测两个窗口，同时将热释电敏感元和光电敏感元合封在同一封装结构内，并有效实现信号隔离，确保检测准确性，可同时检测人体红外信号和环境光强度的功能，并可直接与控制单元连接，具备产品结构简化、生产应用方便、成本低、可靠性高等特点。

附图说明

图1为传统热释电红外传感器结构图；

图2为现有的智能灯具控制框图；

图3为热释电红外传感器和环境光传感器一体化控制框图；

图4为本发明第一种实施例的结构示意图；

图5为本发明第二种实施例的结构示意图；

图6为本发明第一种实施例的安装示意图；

图7为本发明第二种实施例的安装示意图；

图8为本发明的等效电路图。

图中：1-场效应管；2-敏感元；3-管帽；4-管座；5-红外滤光片；6-基板；7-环境光滤光片；8-光敏元件；9-内部引线；10-下挡光柱；11-导光柱；12-上挡光柱；13-封装腔体；14-光敏元件输出脚；15-阻抗匹配电阻；16-管脚地；17-源极管脚；18-漏极管脚；19-封好元件的管座。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

参见图4、图8，本实施例提供了一种带环境光检测功能的热释电传感器，包括场效应管1、热释电敏感元2、管帽3、管座4、红外滤光片5、基板6，所述管帽3上开有第一个窗口并在窗口上装有红外滤光片5，所述管帽3封装固定于管座4上与管座4之间形成腔体，所述基板6设置于管座4上并位于腔体内，所述场效应管1、热释电敏感元2均设置于腔体内，所述场效应管1安装于基板6上，所述热释电敏感元2安装于场效应管1的上方，所述管座4下方安装有漏极管脚18、源极管脚17、管脚地16、光敏元件输出管脚14，所述场效应管1的漏极、源极分别与相应漏极管脚18、源极管脚17连接，所述热释电敏感元2的两端分别与场效应管1的栅极、管脚地16连接，所述热释电敏感元2上并联有阻抗匹配电阻15；所述管帽3上开设有第二个窗口并在窗口上安装有环境光滤光片7，所述腔体内安装有光敏元件8，所述光敏元件8与环境光滤光片7之间设有光路，所述光路外罩设有隔离罩，所述光敏元件8的两端分别与热释电敏感元2的管脚地16、光敏元件输出管脚14连接。本发明是将热释电敏感元2和光敏元件8合封在一个封装腔体内，两个敏感元检测对象不同，热释电敏感元检测人体辐射出的红外线信号，波长为5-10um，利用的是光的热效应；光敏元件检测波长为环境中的可见光，波长为0.3-0.8um，利用的是光的量子效应。并且通过隔离罩给两个敏感元形成独立的光通路，以保证检测的准确性，避免干扰光的影响。

本实施例所述隔离罩包括上挡光柱12和下挡光柱10，所述光敏元件8安装于基板6上，所述下挡光柱10罩设于光敏元件8外，所述上挡光柱12安装于下挡光柱10与管帽3的上表面之间，所述上挡光柱12和下挡光柱10同心设置连接成一体结构，所述上挡光柱12内安装有导光柱11。本发明的外界光线通过环境光滤光片7、导光柱11、下挡光柱10和上挡光柱12引入到光敏元件8表面，导光柱11对外界光线全发射，这样外界光线被限制在下挡光柱10和上挡光柱12内，并与从第一个窗口入射的红外信号完全隔离。

本实施例所述光敏元件8是光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管或光敏集成传感器，也可以是已经完成封装后的产品。依据不同产品形态相应调整安装和连线方式即可。所述光敏元件8可以是与相应管脚相连，也可以是与光敏元件匹配电路相连，光敏元件匹配电路再与相应管脚相连。所述光敏元件匹配电路是与光敏元件相适应的处理电路，实现信号转换、放大等功能，以光敏二极管为例，其匹配电路为包括i-v放大电路、电压放大电路在内的集成电路。光敏二极管与该集成电路的输入端相连，该集成电路的输出与相应管脚相连。光敏二极管所产生的电流信号经i-v放大电路转换为电压信号，再被电压放大电路放大到一定幅值后输出。

本实施例所述环境光滤光片7的滤光特性依据应用场景不同和光敏元件不同，其滤光特性不同。所述环境光滤光片7依据内部光敏元件的光谱特性，可以是人眼曲线光谱特性，也可以是带通滤波特性，还可以是全波段通过特性。所述热释电敏感元2后端连接的处理电路可以是jfet构成模拟输出型，也可以是数字处理芯片构成数字输出型的。依据不同产品形态相应调整安装和连线方式即可。

参见图3，本发明所述的一种带环境光检测功能的热释电传感器，其可直接与控制单元连接。应用本发明的智能灯具包括带环境光检测功能的热释电传感器、控制单元、执行单元，所述一种带环境光检测功能的热释电传感器同时输出人体检测信号和环境光检测信号给控制单元，控制单元依据算法，控制执行单元是否需要打开灯具或者调整灯具的发光强度。智能灯具可同时检测人体红外信号和环境光信号。探测人体时，人体辐射的红外线聚集到热释电敏感元2上，敏感元会接收到人体红外辐射的温度变化，失去电荷平衡，向外释放电荷，产生信号。所述人体辐射的红外线中心波长为9～10um，而敏感元探测的波长灵敏度在0.2～20um。为了在人体波长范围的红外辐射有较高的灵敏度，故开设了一个装有红外滤光片的窗口，这种红外滤光片允许人体辐射波长9-10um范围内的红外辐射通过，阻断其他波长。在检测外界环境光时，入射光照射到光敏元件8上，光敏元件8产生电流信号。

参见图6，本实施例所述一种带环境光检测功能的热释电传感器的安装步骤如下：

步骤1：将红外滤光片5和环境光滤光片7分别安装到管帽3对应窗口上，在环境光滤光片7正下方安装上挡光柱12、导光柱11。

步骤2：将下挡光柱10安装到预封好元件的管座19表面，下挡光柱10位置正罩着光敏元件8。

步骤3：将步骤1和步骤2组装完成的结构进行匹配，使上挡光柱12、下挡光柱10位置同心，结构匹配后进行封帽，完成整个产品封装。按此结构封装的产品能够阻断两个窗口之间的信号干扰。

光敏元件8采用了光敏传感器，是指包含光电敏感元及其配套电路的完整的可用于检测环境光强度的传感器，本实施例中为光敏三极管。环境光滤光片7为可见光带通滤光片。

本发明的一种带环境光检测功能的热释电传感器使热释电红外传感器与光电传感器结构一体化，并实现热释电检测信号和环境光检测信号的光路独立，信号间不产生干扰。与传统热释电红外传感器相比，利用本发明一种带环境光检测功能的热释电传感器可以省去一个独立的光电传感器元器件，节省了封装资源的耗用，同时减少了引脚数量，提升插件效率，减少了焊点数量，实现生产成本的降低。

实施例二

参见图5，本实施例与实施例一的不同之处在于所述隔离罩为一封装腔体13，所述封装腔体13采用不锈钢等金属材料、掺杂钛白粉的pvc等不透可见光材料制成，所述光敏元件8安装于封装腔体13内通过内部引线9与外部的相应管脚连接，所述封装腔体13安装于管帽3上，所述封装腔体13通过立柱安装于基板6上并与管帽3连接设置，其上表面露出第二个窗口或与第二个窗口齐平，所述环境光滤光片7安装于封装腔体13的上表面。本发明的外界光线通过环境光滤光片7直接到光敏元件8表面，外界光线被限制在封装腔体13内，并与从第一个窗口入射的红外信号完全隔离。

参见图7，本实施例所述一种带环境光检测功能的热释电传感器的安装步骤如下：

步骤1：将光敏元件8安装到管帽3的封装腔体13内。

步骤2：将步骤1组装完成的结构和预封好元件的管座19进行匹配并封帽。

步骤3：将环境光滤光片7安装到管帽13的光电传感器窗口上。按此结构封装的产品能够阻断两个窗口之间的信号干扰。

其余结构和功能均可参见实施例一所述。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。