第四章-热电探测器

热探测器
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—§6-1
1 热探测器的一般原理
热探测器的一般原理
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热释电探测器
2 热释电探测器
§6-2
一热释电效应1．热释电材料
¡
2．热释电材料单畴极化
¡总的电极化矢量仍能保持下来。

s P v s P
v
¡，将在材料表面吸s P v
s
P v =s s P
v
3．热释电效应定义
¡s P v
4．热释电材料最高工作温度
¡T ↑ T ↑ ＝＝Tc Tc（居里温度时），单畴极化强＝¡¡s P
v
注意
因此，热释电器件不同于其他光电器件，在恒定辐射作用的情况下输出的信号电压为零。

只有在交变辐射的作用下才会有信号输出。

二热释电探测器的电路连接
三热释电探测器的工作原理分析1、热释电探测器的输出电流
2、热释电探测器的输出电压
L d L d R dt dT A R i V ÷øöçè
æ=´=g ¡
四热释电探测器的结构
六．常用的热释电探测器1. 硫酸三甘肽（TGS）晶体热释电器件
¡
¡2. 铌酸锶钡(SBN)¡3. 钽酸锂（LiTaO3）
¡4. 压电陶瓷热释电器件
¡l。

热释电红外线传感器热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。

在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。

由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。

为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。

菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。

当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。

人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。

在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。

被动式热释电红外探头的工作原理及特性：人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。

人体发射的10UM 左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。

红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。

所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。

热电式传感器的原理和应用一、热电式传感器的原理热电式传感器是一种使用热电效应来测量温度的传感器。

它利用了热电效应在两个不同材料接合处产生的温度差，从而生成一个电压或电流信号，用于测量温度。

1. 热电效应的基本原理热电效应是指两个不同材料的接触处由于温度差异而产生的电势差。

根据这个原理，热电式传感器通常由两种不同材料的导线或导体构成。

2. 热电偶原理热电偶是热电式传感器的一种常见类型，它由两根不同材料的导线通过焊接连接而成。

当一个导线的接触处受到热源的加热时，会产生一个电势差，这个电势差与温度成正比。

通过测量这个电势差，可以间接测量热源的温度。

3. 温度与电势差的关系热电偶的电势差与温度之间的关系可以通过热电势-温度特性曲线来描述。

每种材料的热电性质都不同，因此每根导线的热电特性也不同。

通过测量两个导线的电势差，可以确定温度的值。

二、热电式传感器的应用热电式传感器由于其简单、可靠的原理，被广泛应用于温度测量以及其他相关领域。

1. 工业自动化在工业自动化中，热电式传感器常用于测量各种流体、气体以及固体的温度。

它可以实时监测温度变化，并与控制系统相连，实现温度的自动调控。

2. 热处理过程热电式传感器在热处理过程中起到关键作用。

通过测量加热炉、熔炉等设备的温度，可以确保热处理过程的准确性和稳定性。

3. 医疗设备热电式传感器在医疗设备中也有广泛应用。

例如，体温计和血糖仪等便携式医疗设备都采用了热电式传感器来测量体温和血糖水平。

4. 环境监测热电式传感器还可以用于环境监测。

例如，测量室内和室外温度、湿度等参数，可以帮助调节室内环境，提供舒适的生活和工作环境。

结论热电式传感器是一种常见且有效的温度测量工具。

它利用热电效应的原理，通过测量热源产生的电势差来间接测量温度。

热电式传感器应用广泛，在工业自动化、热处理过程、医疗设备和环境监测等领域都有重要作用。

热电式传感器的原理和应用对提升生活和工作环境的舒适性，以及保证工业生产过程的准确性和稳定性都起到了关键作用。

考前复习要点第一章绪论1、光电检测系统的主要组成部分；辐射源，光信号处理，被测对象，光学转换，光电传感转换电路，电信号处理2、电磁波谱的范围？光电检测分析的是哪一部分？0.32-100um3、光电探测的分类按携载信息光源，按被探测光源光谱，按显示方式，按接收方法第二章光电器件的物理基础1、光的波粒二象性；2、光度量与辐射度量的区别；辐射度量适合整个电磁波谱能量计算3、辐射度量的五个基本参量；4、基本概念：辐射体，立体角，朗伯源；5、视见函数；6、光通量、发光强度、光照度、光出射度、光亮度7、半导体的基本特性；热敏性，光敏性，掺杂性8、能带理论；禁带，价带，导带9、本征半导体、N型半导体、P型半导体10、PN结的形成过程用图示表示11、外光电效应、内光电效应、光热效应材料受光照后，光子能量和晶格相互作用，振动加剧，温度升高，材料性质发生变化第三章光电检测器件1、光子检测器件与热电检测器件的特点响应波长有选择性，响应快2、光电检测器件的性能参数灵敏度，光谱灵敏度，频率灵敏度，量子效率，通量阈和噪声等效功率，归一化探测度3、噪声参数热噪声，散粒噪声，闪烁噪声4、外光电效应的典型器件光电管与光电倍增管的工作原理、基本特点5、光电发射材料的特点6、光电导效应器件光敏电阻的工作原理基本特点7、光生伏特效应器件光电池与光电二极管的工作原理基本特点第四章热电检测器件1、热辐射引起的热探测器的温度ΔT的求解？2、热电偶的工作原理基本特点接受入射辐射后引起温度升高，产生温差电势。

自发电型传感器，检测范围广，1800℃以上，符合国际计量委员会标准3、热敏电阻的工作原理基本特点、材料特性接受入射辐射后引起温度改变使电阻改变，导致电压变化。

灵敏度高，体积小，适宜动态测量，适于远距离测量和控制，阻值和温度非线性，稳定性和互换性差4、热敏电阻辐射热计的工作原理；5、热释电探测器的工作原理、基本结构极化随温度改变的现象为热释电现象。

热电式传感器热电式传感器是一种能够将温度变化转换成电信号的装置。

它是利用某些材料或元器件的性能随温度变化的特性进行测温的。

温度是表征物体冷热程度的物理量。

它反映物体内部各分子运动平均动能的大小。

温度可以利用物体的某些物理性质（电阻、电势、等）随着温度变化的特征进行测量。

测量方法按作用原理分接触式和非接触式。

接触式传感器接触温度场，二者进行热交换。

（热电偶、热电阻温度传感器）。

测温范围在-250——1800度，适用于远距离多点测量。

一、热电偶传感器热电偶传感器是工业中使用最为普遍的接触式测温装置。

这是因为热电偶具有性能稳点、测温范围大、信号可以远距离传输等特点，并且结构简单、使用方便。

热电偶能够将热能直接转换成电信号，并且输出直流电压信号，使得显示、记录和传输都很容易。

热点偶传感器的原理：当有两种不同的导体和半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为TO，称为自由端(也称参考端)或冷端，则回路中就有电流产生。

这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。

与塞贝克有关的效应有两个：其一，当有电流流过两个不同导体的连接处时此处便吸收或放出热量(取决于电流的方向)，称为珀尔帖效应；其二，当有电流流过存在温度梯度的导体时，导体吸收或放出热量(取决于电流相对于温度梯度的方向)，称为汤姆逊效应。

两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。

热电偶的热电势EAB(T，T0)是由接触电势和温差电势合成的。

接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势，此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。

温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势，此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关，而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。

无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势，热电偶测量的热电势是二者的合成。

太赫兹波的产生及探测方法综述太赫兹波是指波长在0.1-10毫米之间的电磁波。

太赫兹波具有许多独特的特性和广泛的应用前景，因此研究太赫兹波的产生和探测方法成为了热门的研究领域。

本综述将对太赫兹波的产生和探测方法进行全面的介绍。

太赫兹波的产生主要有光电效应、非线性光学效应和热效应等方法。

其中，光电效应是太赫兹波产生的主要方法之一、光电效应是指在材料中光的作用下，电子从价带跃迁到导带产生的自由载流子。

当光照射到半导体材料上时，光子的能量大于带隙能量时，会激发束缚态电子跃迁到导带形成自由载流子，产生太赫兹波。

非线性光学效应也可以用于太赫兹波的产生。

非线性光学效应是指在高强度激光照射下，光与物质之间的相互作用呈现非线性关系。

当高强度的激光束照射到介质上时，光与介质之间会发生非线性的相互作用，导致太赫兹波的产生。

非线性光学效应产生的太赫兹波强度高，频率可调。

除了光电效应和非线性光学效应，热效应也可以用于产生太赫兹波。

热效应产生的太赫兹波是由物质的热扩散引起的，其原理是当被激发的物质发生热传导过程时，会产生短暂的局部温度变化，这种短暂的温度变化会产生太赫兹辐射。

太赫兹波的探测方法多样，主要包括光电探测器、热电探测器、激光诱导电偶极振荡探测器和局域场增强探测器等。

光电探测器是最常用的探测器之一，其基本原理是当太赫兹波照射到探测器上时，探测器会产生电信号，通过测量电信号的强度和波形，可以确定太赫兹波的强度和频率等参数。

热电探测器是另一种常用的太赫兹波探测器，其原理是利用太赫兹波的热效应，在热敏元件中产生电势差，从而测量太赫兹波的强度。

热电探测器具有灵敏度高、响应速度快的特点。

激光诱导电偶极振荡探测器是一种基于非线性光学效应的太赫兹波探测器，其原理是将太赫兹波转化为电偶极振荡信号。

通过测量电偶极振荡信号的频率和强度，可以确定太赫兹波的参数。

局域场增强探测器是一种基于纳米结构的太赫兹波探测器，其原理是利用纳米结构中的局域场增强效应，增强太赫兹波与探测器之间的相互作用，提高探测灵敏度。