Optimierung der Signalverarbeitung für moderne pyroelektrische Materialien in Infrarotmesssystemen

Robin Lehmkau

doi:10.51202/9783186397096

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....

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Bibliographische Angaben

Erscheinungsjahr: 2025
Erscheinungsdatum: 21.01.2025
ISBN-Print: 978-3-18-339709-9
ISBN-Online: 978-3-18-639709-6
Verlag: VDI Verlag, Düsseldorf
Reihe: Elektronik/Mikro- und Nanotechnik
Band: 397
Sprache: Deutsch
Seiten: 126
Produkttyp: Monographie

Inhaltsverzeichnis

KapitelSeiten

Titelei/Inhaltsverzeichnis Kein Zugriff Seiten I - XIV
1. Neuartiges pyroelektrisches Schichtsystem Kein Zugriff
2. Integrierte Digitalisierung Kein Zugriff
3. ZielederArbeit Kein Zugriff
1. Infrarotstrahlung Kein Zugriff
2. Infrarotspektroskopie Kein Zugriff
3. 1. Allgemeiner Aufbau Kein Zugriff
  2. Vergleich ausgewählter Sensortypen Kein Zugriff
1. 1. Anwendungsgebiete pyroelektrischer Sensoren Kein Zugriff
  2. InfrarotemitterundOptik Kein Zugriff
2. 1. Signalwandlungskette Kein Zugriff
  2. Pyroelektrische Materialien Kein Zugriff
  3. Rauschen Kein Zugriff
  4. Zeitkonstanten und Frequenzgang Kein Zugriff
  5. Schaltungen zur Signalkonditionierung Kein Zugriff
3. 1. Thermisches Schichtenmodell Kein Zugriff
  2. Wärmenetzmethode Kein Zugriff
  3. Finite-Elemente-Methode Kein Zugriff
4. 1. Spektrale Signalanalyse Kein Zugriff
  2. Empfindlichkeit Kein Zugriff
  3. Rauschdichte Kein Zugriff
  4. Spezifische Detektivität Kein Zugriff
5. Kommerzielle pyroelektrische Sensoren Kein Zugriff
Präzisierte Aufgabenstellung Kein Zugriff Seiten 44 - 46
1. 1. Varianten von Sensorelementen Kein Zugriff
  2. Grenzen bisheriger Sensormodelle Kein Zugriff
2. Gliederung in Teilsysteme Kein Zugriff
3. 1. Finite-Elemente-Methode Kein Zugriff
  2. Ansatzfunktion für die Regressionsanalyse Kein Zugriff
  3. Regression der Temperaturempfindlichkeit Kein Zugriff
  4. SPICE -Modell Kein Zugriff
4. 1. Elektrisches Ersatzschaltbild des Sensorelements Kein Zugriff
  2. Elektronische Verstärkerschaltung Kein Zugriff
5. 1. ÜbersichtGesamtmodell Kein Zugriff
  2. Validierung des Signal- und Rauschverhaltens Kein Zugriff
6. Zusammenfassung Kein Zugriff
1. Technologie Kein Zugriff
2. VorgehenderOptimierung Kein Zugriff
3. Topologie des Sensorelements Kein Zugriff
4. 1. Thermisches Verhalten des Sensorelements Kein Zugriff
  2. Elektrisches Verhalten des Sensorelements Kein Zugriff
5. 1. Dimensionierung des Sensorelements Kein Zugriff
  2. ModelldesSensorelements Kein Zugriff
6. Zusammenfassung Kein Zugriff
1. 1. Größenordnung der Sensorparameter Kein Zugriff
  2. Bedeutung der Frequenzsynchronisation Kein Zugriff
2. 1. Analogteil Kein Zugriff
  2. Analog-Digital-Wandlung Kein Zugriff
  3. Digitalteil Kein Zugriff
3. Zusammenfassung Kein Zugriff
1. 1. AufbauderSensoren Kein Zugriff
  2. Modifikation der Sensoransteuerung Kein Zugriff
2. 1. SimulationundMessung Kein Zugriff
  2. FitderModellparameter Kein Zugriff
3. IntegrierterSchaltkreis Kein Zugriff
4. 1. Vergleich der Leistungsfähigkeit Kein Zugriff
  2. Technologische Grenzen Kein Zugriff
5. Zusammenfassung Kein Zugriff
1. ZusammenfassungderErgebnisse Kein Zugriff
2. Ausblick Kein Zugriff
Literatur Kein Zugriff Seiten 112 - 126