CN105066875A - 一种具有柔性薄膜微波应变pin二极管阵列的检测器 - Google Patents

Abstract

一种具有柔性薄膜微波应变PIN二极管阵列的检测器，在二极管阵列的信号输入端连接行驱动信号，信号输出端依次通过模拟信号处理单元和AD转换单元连接列驱动信号，二极管阵列是由多数个应变二极管单元构成，应变二极管单元有柔性的第一应变二极管和第二应变二极管，第一应变二极管和第二应变二极管的一端分别对应连接用于控制应变二极管单元的开启和关闭的第一晶体管和第二晶体管的源极，另一端接电源，第一晶体管和第二晶体管的栅极连接行驱动信号，第一晶体管和第二晶体管的漏极依次通过模拟信号处理单元和AD转换单元连接列驱动信号，第一应变二极管和第二应变二极管构成L型结构的应变二极管组。本发明可以进行高速高分辨率的物体表面的动态三维特性扫描。

Description

一种具有柔性薄膜微波应变PIN二极管阵列的检测器

技术领域

本发明涉及一种检测器。特别是涉及一种具有柔性薄膜微波应变PIN二极管阵列的检测器。

背景技术

在进行例如物体表面的三维扫描时，我们通常希望尽可能大地获取构成可供描述图像的检测面积，以便一次检测就实现整个物体检测面三维特性的获取。同时，对于正在发生高速形变的物体表面三维特性的检测，我们还希望检测器能够实时同步高速地检测到表面应变的变化情况。现有的表面扫描技术主要是激光三维表面扫描，但是由于激光扫描设备需要极高精度的工作环境、复杂的光学校准过程和较高昂的设备价格，使得激光三维表面扫描技术不能完全满足以上要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以进行高速高分辨率的物体表面的动态三维特性扫描的具有柔性薄膜微波应变PIN二极管阵列的检测器。

本发明所采用的技术方案是：一种具有柔性薄膜微波应变PIN二极管阵列的检测器，包括有二极管阵列，所述二极管阵列的信号输入端连接行驱动信号，所述二极管阵列的信号输出端依次通过模拟信号处理单元和AD转换单元连接列驱动信号，所述的AD转换单元输出数字图像信号，所述的二极管阵列是由多数个结构完全相同的应变二极管单元构成的应变二极管阵列，每一个应变二极管单元均是包括有柔性的第一应变二极管和柔性的第二应变二极管，所述第一应变二极管和第二应变二极管的一端分别对应连接用于控制应变二极管单元的开启和关闭的第一晶体管和第二晶体管的源极，另一端接电源，所述第一晶体管和第二晶体管的栅极连接行驱动信号，所述第一晶体管和第二晶体管的漏极依次通过模拟信号处理单元和AD转换单元连接列驱动信号，所述第一应变二极管和第二应变二极管构成L型结构的应变二极管组。

所述的第一应变二极管和第二应变二极管构成的L型结构的应变二极管组包括有：柔性塑料基板，连接在所述柔性塑料基板上的材料层，以及分别设置在所述材料层上的P型掺杂的第一单晶硅薄膜、P型掺杂的第二单晶硅薄膜、N型掺杂的第三单晶硅薄膜、N型掺杂的第四单晶硅薄膜，未掺杂的第五单晶硅薄膜以及未掺杂的第六单晶硅薄膜，所述的第三单晶硅薄膜、第五单晶硅薄膜和第一单晶硅薄膜依次连接设置构成第一应变二极管或第二应变二极管，所述的第四单晶硅薄膜、第六单晶硅薄膜和第二单晶硅薄膜依次连接设置构成第二应变二极管或第一应变二极管，其中，第一单晶硅薄膜和第二单晶硅薄膜分别通过互联金属连接电源端，所述的第三单晶硅薄膜通过互联金属连接第一晶体管或第二晶体管的信号接收端，所述第四单晶硅薄膜通过互联金属连接第二晶体管或第一晶体管的信号接收端。

所述的第一晶体管和第二晶体管为薄膜晶体管。

所述的柔性塑料基板采用PET塑料或ITOPET塑料或PVC塑料。

所述的材料层采用SU-8材料或AZ5214光刻胶材料或S1813光刻胶材料。

所述第一应变二极管或第二应变二极管的应变检测面呈正方形或者长方形。

本发明的一种具有柔性薄膜微波应变PIN二极管阵列的检测器，适用于物体表面的三维特性的扫描，只需将柔性应变二极管阵列检测器完美地贴附在待测物体表面，即可实现表面三维特性的扫描。可以进行高速高分辨率的物体表面的动态三维特性扫描，而无需使用较复杂和昂贵的光学设备，成本低，结构精巧，适于推广。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中的二极管阵列示意图；

图3是本发明中的应变二极管单元的结构示意图；

图4是本发明中L型结构的应变二极管组的结构示意图；

图5是图4的俯视图；

图6是图2中的局部展开的结构示意图。

图中：

1：二极管阵列2：模拟信号处理单元

3：AD转换单元4：列驱动信号

5：行驱动信号11：应变二极管单元

111：第一应变二极管112：第二应变二极管

113：第一晶体管114：第二晶体管

801：柔性塑料基板802：材料层

803：第一单晶硅薄膜804：第五单晶硅薄膜

805：第三单晶硅薄膜806：互联金属

807：电源端808：第二单晶硅薄膜

809：第六单晶硅薄膜810：第四单晶硅薄膜

811：信号接收端812：信号接收端

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的做出详细说明。

如图1所示，本发明的一种具有柔性薄膜微波应变PIN二极管阵列的检测器，包括有二极管阵列1，所述二极管阵列1的信号输入端连接行驱动信号5，所述二极管阵列1的信号输出端依次通过模拟信号处理单元2和AD转换单元3连接列驱动信号4，所述的AD转换单元3输出数字图像信号。

本发明中，所述的模拟信号处理单元2主要包括运算放大器，可选用高输入阻抗运算放大器CA3130或采用型号为CA3140的芯片，所述的AD转换单元3采用型号为ADS7869的芯片，或采用型号为TLC2543的芯片。

如图2所示，所述的二极管阵列1是由多数个结构完全相同的应变二极管单元11构成的应变二极管阵列。

如图3、图6所示，每一个应变二极管单元11均是包括有柔性的第一应变二极管111和柔性的第二应变二极管112，所述第一应变二极管111和第二应变二极管112的一端分别对应连接用于控制应变二极管单元11的开启和关闭的第一晶体管113和第二晶体管114的源极，第一应变二极管111和第二应变二极管112的另一端接电源，所述第一晶体管113和第二薄膜晶体管114的栅极连接行驱动信号5，所述第一晶体管113和第二晶体管114的漏极依次通过模拟信号处理单元2和AD转换单元3连接列驱动信号4，所述第一应变二极管111和第二应变二极管112构成L型结构的应变二极管组。所述第一应变二极管111或第二应变二极管112的应变检测面呈正方形或者长方形。所述的第一晶体管113和第二晶体管114为薄膜晶体管。

应变二极管阵列的所有应变二极管均具有优先采用TFT技术实现的开关。开关可以使应变二极管阵列以两种工作模式运行。在开关接通的第一工作模式中，无论是第一应变二极管111还是第二应变二极管均对产生信号作出贡献。在这种情况下，X射线检测器或者特别是应变二极管阵列实际上以常规方式运行，仿佛不存在应变二极管的划分。开关的接通和断开最好通过分析电路控制。

如图4、图5所示，所述的第一应变二极管111和第二应变二极管112构成的L型结构的应变二极管组包括有：柔性塑料基板801，连接在所述柔性塑料基板801上的材料层802，以及分别设置在所述材料层802上的P型掺杂的第一单晶硅薄膜803、P型掺杂的第二单晶硅薄膜808、N型掺杂的第三单晶硅薄膜805、N型掺杂的第四单晶硅薄膜810，未掺杂的第五单晶硅薄膜804以及未掺杂的第六单晶硅薄膜809，所述的第三单晶硅薄膜805、第五单晶硅薄膜804和第一单晶硅薄膜803依次连接设置构成第一应变二极管111或第二应变二极管112，所述的第四单晶硅薄膜810、第六单晶硅薄膜809和第二单晶硅薄膜808依次连接设置构成第二应变二极管112或第一应变二极管111，其中，第一单晶硅薄膜803和第二单晶硅薄膜808分别通过互联金属806连接电源端807，所述的第三单晶硅薄膜805通过互联金属806连接第一晶体管113或第二晶体管114的信号接收端812，所述第四单晶硅薄膜810通过互联金属806连接第二晶体管114或第一晶体管113的信号接收端811。所述的柔性塑料基板801采用PET塑料或ITOPET塑料或PVC塑料。所述的材料层802采用SU-8材料或AZ5214光刻胶材料或S1813光刻胶材料。

柔性塑料基板801和材料层802，用来支撑柔性应变二极管组。两支PIN管的电流方向互相垂直。应变二极管则由：P型掺杂区803、808、未掺杂区804、809和N型掺杂区805、810三部分组成。

根据实验总结发现，应变二极管的电学特性(比如直流特性，散射参数等)与其加载的应变条件之间存在着对应关系，通过建立模型(如应变-S参数模型，应变-DC模型)可以实现对物体表面应变特性的测量。应变二极管采用薄膜柔性微波PIN二极管，具有面积小，结构简单，价格极低和高频响应良好等特点，采用应变二极管阵列检测器检测物体表面三维特性，可以大大提高检测效率和降低制造昂贵的光学仪器的成本。

测试时，将柔性应变二极管阵列1紧密贴附在待测物体表面上，柔性应变二极管阵列随着物体表面发生形变，其电性能发生对应的变化(如直流特性和散射参数等)，在像素单元内产生相应的电荷。行驱动信号5根据需要，选通相应的行像素单元。行像素单元内的图像信号通过各自所在列的信号总线传输到对应的模拟信号处理单元2以及AD转换单元3，转换成数字图像信号输出。其中的行驱动信号5可以对像素阵列逐行扫描也可隔行扫描。行驱动信号5与列驱动信号4配合使用可以实现图像的窗口提取功能。模拟信号处理单元2的主要功能是对信号进行放大处理，并且提高信噪比。

Claims (6)

1.一种具有柔性薄膜微波应变PIN二极管阵列的检测器，包括有二极管阵列(1)，所述二极管阵列(1)的信号输入端连接行驱动信号(5)，所述二极管阵列(1)的信号输出端依次通过模拟信号处理单元(2)和AD转换单元(3)连接列驱动信号(4)，所述的AD转换单元(3)输出数字图像信号，其特征在于，所述的二极管阵列(1)是由多数个结构完全相同的应变二极管单元(11)构成的应变二极管阵列，每一个应变二极管单元(11)均是包括有柔性的第一应变二极管(111)和柔性的第二应变二极管(112)，所述第一应变二极管(111)和第二应变二极管(112)的一端分别对应连接用于控制应变二极管单元(11)的开启和关闭的第一晶体管(113)和第二晶体管(114)的源极，另一端接电源，所述第一晶体管(113)和第二晶体管(114)的栅极连接行驱动信号(5)，所述第一晶体管(113)和第二晶体管(114)的漏极依次通过模拟信号处理单元(2)和AD转换单元(3)连接列驱动信号(4)，所述第一应变二极管(111)和第二应变二极管(112)构成L型结构的应变二极管组。

2.根据权利要求1所述的一种具有柔性薄膜微波应变PIN二极管阵列的检测器，其特征在于，所述的第一应变二极管(111)和第二应变二极管(112)构成的L型结构的应变二极管组包括有：柔性塑料基板(801)，连接在所述柔性塑料基板(801)上的材料层(802)，以及分别设置在所述材料层(802)上的P型掺杂的第一单晶硅薄膜(803)、P型掺杂的第二单晶硅薄膜(808)、N型掺杂的第三单晶硅薄膜(805)、N型掺杂的第四单晶硅薄膜(810)，未掺杂的第五单晶硅薄膜(804)以及未掺杂的第六单晶硅薄膜(809)，所述的第三单晶硅薄膜(805)、第五单晶硅薄膜(804)和第一单晶硅薄膜(803)依次连接设置构成第一应变二极管(111)或第二应变二极管(112)，所述的第四单晶硅薄膜(810)、第六单晶硅薄膜(809)和第二单晶硅薄膜(808)依次连接设置构成第二应变二极管(112)或第一应变二极管(111)，其中，第一单晶硅薄膜(803)和第二单晶硅薄膜(808)分别通过互联金属(806)连接电源端(807)，所述的第三单晶硅薄膜(805)通过互联金属(806)连接第一晶体管(113)或第二晶体管(114)的信号接收端(812)，所述第四单晶硅薄膜(810)通过互联金属(806)连接第二晶体管(114)或第一晶体管(113)的信号接收端(811)。

3.根据权利要求2所述的一种具有柔性薄膜微波应变PIN二极管阵列的检测器，其特征在于，所述的第一晶体管(113)和第二晶体管(114)为薄膜晶体管。

4.根据权利要求2所述的一种具有柔性薄膜微波应变PIN二极管阵列的检测器，其特征在于，所述的柔性塑料基板(801)采用PET塑料或ITOPET塑料或PVC塑料。

5.根据权利要求2所述的一种具有柔性薄膜微波应变PIN二极管阵列的检测器，其特征在于，所述的材料层(802)采用SU-8材料或AZ5214光刻胶材料或S1813光刻胶材料。

6.根据权利要求2所述的一种具有柔性薄膜微波应变PIN二极管阵列的检测器，其特征在于，所述第一应变二极管(111)或第二应变二极管(112)的应变检测面呈正方形或者长方形。