Durchstimmbare Detektoren (FPI-Detektor) von InfraTec

FPI-Detektoren von InfraTec

Aufgrund der spektralen Eigenschaften und ihrer Robustheit haben sich pyroelektrische Detektoren für zahlreiche Einsatzgebiete in der Gasanalyse und Flammensensorik seit Jahren bewährt. Sie ermöglichen das Durchstimmen des optischen Filters über einen definierten Spektralbereich durch einfaches Ändern der Steuerspannung. Anstatt, wie konventionell üblich, mehrere Bandpassfilter für verschiedene Wellenlängen zu nutzen, kann der Detektor mit durchstimmbaren Fabry-Pérot-Filter (FPF) zur kontinuierlichen Überwachung eines ganzen Spektralbereiches verwendet werden.

Mikrospektrometer für analytische - und Gasmessgeräte:

  • Elektrostatischer Antrieb
  • > 1 µm Durchstimmbereich
  • Auflösung (Finesse) λ/ Δλbis zu 60

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
Produktübersicht FPI-Detektoren

Anfrage senden

Typ

Gehäuse

Kanal

Fenstergröße (mm)

Strom- Spannungsbetrieb

JFET/OpAmp

Thermische Kompensation

reduzierte Mikrofonie

Detektivität*
Downloads und weitere Informationen
LFP-3144C NeuTO8-12durch-stimmbarø1.9CMOpAmpJaJa 0.036PDF LFP-3144CLFP-3144C
LFP-3850C NeuTO8-12durch-stimmbarø1.9CMOpAmpJaJa 0.03PDF LFP-3850CLFP-3850C
LFP-5580C NeuTO8-12durch-stimmbarø2.0CMOpAmpJaJa 0.048PDF LFP-5580CLFP-5580C
LFP-80105C NeuTO8-12durch-stimmbarø2.0CMOpAmpJaJa 0.04PDF LFP-80105CLFP-80105C
XFP-3137 NeuTO8-12durch-stimmbarø1.8CMkeineNeinNein 0.034
Info XFP-3137FP Filter in fourth order of interference with PbSe photoresistor
*(500K, 10Hz, 1Hz, 25ºC, without window) [10E+8cmHz1/2/W]
2(400ºC, 10Hz, 1Hz, 25ºC) [10E+8cmHz1/2/W]



Weitere Informationen zu den Vorteilen des integrierten ASICs finden Sie hier.

Aufbau des 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.

Aufbau des FPI-Detektors

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

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

Evaluation Kit von InfraTec

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.

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)

Weitere Informationen dazu finden Sie hier:
Datasheet Evaluation kit for Fabry-Pérot detectors (Englisch)

Kontakt

Hauptsitz:

InfraTec GmbH
Infrarotsensorik und Messtechnik
Dresden, GERMANY
workTel.:+49 351 871-8625

Niederlassungen:

InfraTec Infrared LLC
Plano, TX 75024
workTel.:+1 877 797 6748

www.InfraTec-Infrared.com

InfraTec Infrared Ltd.
Chesterfield, UK

workTel.:+44 1246 267562

InfraTec Repräsentanz in der Volksrepublik China
c/o German Industry & Commerce
Greater China
Shanghai, Volksrepublik China

workTel.:+8621 68758536 ext 1633

InfraTec-TUEV-Siegel