Optimierung der Signalverarbeitung für moderne pyroelektrische Materialien in Infrarotmesssystemen

Zusammenfassung

Pyroelektrische Sensoren wandeln modulierte Infrarotstrahlung in ein elektrisches Signal, um daraus beispielsweise eine Gaskonzentration oder Strahlungsintensität zu berechnen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einem neuartigen pyroelektrischen Sensorelement auf Basis von Hafniumoxid (HfO2) sowie der dafür optimierten elektronischen Schaltung. Zunächst wird ein universelles Sensormodell eingeführt, um das frequenzabhängige Signal und Rauschverhalten des Sensors vorherzusagen und damit die Entwicklung und Optimierung der Einzelkomponenten zu unterstützen. Beim Design sind die technologischen Randbedingungen der Halbleitertechnik sowie die Anforderungen der übergeordneten Infrarotmesssysteme zu berücksichtigen. Die Integration weiterer Teile der Signalverarbeitung und -konditionierung im pyroelektrischen Sensor steigert die Integrationsdichte und verringert den Platzbedarf. Der dazu entwickelte und optimierte ApplicationSpecific Integrated Circuit (ASIC) mit digitaler Schnittstelle erlaubt die Verarbeitung der Messdaten mit minimalem externen Hardware-Aufwand. Sowohl das neu strukturierte HfO2-Sensorelement als auch der ASIC werden zuletzt in einem neuen Sensor zusammengeführt....