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光热辐射检测器件

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热释光探测器的结构组成

热释光探测器的结构组成

热释光探测器的结构组成
热释光探测器是一种测量样品放射性元素含量的仪器，其结构组成包括以下几个部分。

1.样品仓：热释光探测器的样品仓通常由铝制成，具有较高的热传导性能，可以快速将样品加热到高温。

2.激发光源：热释光探测器的激发光源通常采用紫外线灯或蓝光二极管，可以在样品中激发释放出的电子激发，使其产生瞬时较强的荧光信号。

3.光电倍增管：热释光探测器的光电倍增管是用于放大荧光信号的重要部分，其数量和放大倍数直接影响到探测器的灵敏度和分辨率。

4.数据采集系统：热释光探测器的数据采集系统通常包括高速模数转换器、计算机和数据处理软件等组成部分，可以将荧光信号转换为数字信号并进行数据处理。

总之，热释光探测器是一种非常重要的测量放射性元素含量的仪器，其完整的结构组成可以为我们提供准确的测量结果。

- 1 -。

光电探测器

光电探测器
Id为探测器的暗电流，M为探测器的内增益
种类
• • • • 真空管光电探测器（PMT等） 半导体光电探测器 热电探测器 多通道探测器、成像器件
1.真空管光电探测器
• 利用在真空中光阴极受光辐照后产生光电子发射效应
光电阴极材料 • 光吸收系数大 • 传输能量损失小 • 光电子逸出功低
探测器窗口 • 透过率大
G n
AE

1.2光电倍增管
主要指标：
4. 暗电流 • 主要来源于阴极和倍 增级的热电子发射 • 决定了光电倍增管可 探测的最小光功率 • 暗电流与管子的工作 温度以及所加电压有 关
1.2光电倍增管
主要指标：
5.噪声等效功率 • 与阳极暗电流相等 的阳极输出电流所 需要的光功率决定 了光电倍增管可探 测的最小光功率 • ～10-15—10-16瓦， • ～10-18—10-19瓦（冷 却后），单光子探 测水平
单位时间内流出探测器件的光电子数与入射光子数之比
如有一探测器的灵敏度为0.5 A/W,其量子效率 为多少(光波长为1um)？
光探测器－参数
2.噪声等效功率（NEP） • 信噪比: SNR 信号的峰值和噪声的有效值(√带宽)之比
• NEP
NEP P S / N 1/ Hz
单位为W/Hz1/2
R1
C
R2
Vs
fC
图2.3 探测器的频率响应
f
Vmax
1 = c
T
i t dt
0
光探测器－参数
响应光谱 频谱响应 噪声
光探测器－噪声
1. 热噪声(thermal noise 或称Johnson noise)
白噪声
热噪声均方振幅电压值：

第四章热电器件

第四章热电器件

RLT
M 12 RLW0
(Ri RL )G
(7)
(7)式中， W0为入射辐射能量（W）； α为金箔的吸收系数； Ri为热电偶的内阻； M12为热电偶的温差电势率； G为总热导（W/m℃）。
若入射辐射为交流辐射信号
W W0e jt
则产生的交流信号电压为
UL
(Ri
M 12 RLW0 RL )G 1 2T 2
开路电压UOC与入射辐射使金箔产 生的温升ΔT的关系为
UOC=M12ΔT
(6)
式中，M12为塞贝克常数，又称温差 电势率（V/℃）。
辐射热电偶在恒定辐射作用下，用
负 载 电 阻 RL 将 其 构 成 回 路 ， 将 有 电 流I流过负载电阻，并产生电压降UL， 则
UL
M 12 (Ri RL )
(8)
式中，ω=2πf，f 为交流辐射的调制频率， τT为热电偶的时间常数，
T
RQCQ
CQ G
其中的RQ、CQ、G分别为热电偶的热阻、 热容和热导。
热导G与材料的性质及周围环境有关，为使 热电导稳定，常将热电偶封装在真空管中，
因此，通常称其为真空热电偶。
二、热电偶的基本特性参数
真空热电偶的基本特性参数为：
GQt
T t W0e CQ
W0e jt
(3)
GQ jCQ GQ jCQ
设 T
CQ GQ
RQCQ
为热敏器件的
热时间常数， R
1 GQ
称为热阻
热敏器件的热时间常数一般为毫
秒至秒的数量级，它与器件的大小、
形状、颜色等参数有关。
当时间 t >>τT时，(3)式中的第一项衰
减到可以忽略的程度，温度的变化

热辐射探测器件资料

热辐射探测器件资料

ΔT的考虑
在相同的入射辐射下，对于热电探测器总是希望 ΔT尽可能地大。 Φ0 T Φ0
T C 1 2 T

1 2 2
G

2
2C
1 2 2

ΔT随G和Cθ的减小而增大。 要减小Cθ,必须减小探测器热敏元件的体积和重量； 要减小G，必须减小热敏元件与周围环境的热交换。 由热时间常量τT的定义可知，减小G又会使τT增大 （牺牲探测响应时间）。所以在设计和选用热电探 测器时须采取折衷方案。另外G对探测极限也有影响。
热辐射定义：物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。
热辐射是连续谱，波长从0直至∞，一般热辐射主要以波长较长 的可见光和红外线为主。热辐射是在真空中唯一的传热方式。
温度较低时,主要以不可见的红外光进行辐 射,当温度为300摄氏度时热辐射中最强的波长 在红外区。500度以上至800度时,热辐射中最强 的波长成分在可见光区。 热辐射探测器件：
（2）负特性热敏电阻NTC ——随着温度的上升而电阻值减少
该材料是以BaTiO3(钛酸钡)或SrTiO3(钛酸锶)或 PbTiO3 (钛酸铅)为主要成分的烧结体，其中掺入微 量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物进行原子价 控制而使之半导体化，常将这种半导体化的BaTiO3 等材料简称为半导（体）瓷。
若在热敏电阻上加上偏压ubb之后由于辐射的照射使热敏电阻值改变若taurruutbbttbbl?????44tlrr?11lttrrr????又又221121lllllririuuu????1211212bblbblbbttllltltltlturururrrurrrrrrrr????????ttrr?精品资料tra????52344冷阻与热阻热敏电阻在某个温度下的电阻值物体吸收单位辐射功率所引起的温升44bbbblttuuuataar??????则对电桥电路若入射辐射为交流正弦信号则0jwte???bb22441tlaaruu????????rc?????其中1rg??定义式热阻与热传导系数的关系a是吸收系数t冷阻r?热阻r精品资料随辐照频率的增加热敏电阻传递给负载的电压变化率减少

强激光辐照光学元件的光热效应探测系统开题报告

强激光辐照光学元件的光热效应探测系统开题报告
年月日
所在专业审查意见：
学科管理部副主任：
年月日
工作者不但测量了植物的新陈代谢情况，而且对人体的皮肤组织以及细菌等进行了光
热研究，或研究其结构，或研究其光化学反应的弛豫过程。这是目前的新发
展趋势之一。
自从70年代近代光声光热学的先驱者A. Rosencwaig等使光热效应广泛应用于物
理、化学及生物医学等方面的研究以来，光热效应的研究逐步引起许多学科门类学者
[2] F B artoi,l L Esterow itz, R A llen, et a.l A genera lized the rm
a lm ode l fo r laser dam age in infrared detectors[J]. J.
App.l Phys. , 1976, 47(10): 2875- 2881.
描电子显微镜和扫描光声显微镜的研究工作，为热波的光声检测技术在我国的应用开
辟了一条新的途径。随着光声技术应用的快速发展，光热检测技术作为一种无损检测
方法己有了应用的结果，在薄膜热物性检测方面，香港理工大学的王聪和以及浙江大学的施柏煊用横向光热偏转方法测试了一些薄膜样品的热扩散率，他们把所得结果与用闪光法得到的结果进行比较，发现两结果很接近，证明了这种方法的可行性。
在对固体材料热扩散深度的检测和垂直于表面裂纹的检测等也已有了检测实例，南京
大学声学研究所的张淑仪院士等也在1984年研究了光束偏转成像方法，在我们实验室
里，1985年起，曾在国家自然基金资助下进行了光热偏转技术应用于固体薄膜光热成
像的研究，并获得了金属铝表面下最深200微米处的缺陷的无损成像检测结果。
毕业设计开题报告
２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

光热催化使用的测试仪器

光热催化使用的测试仪器

光热催化是一种通过光照和热量协同作用来促进催化反应的技术。

在光热催化研究中，使用一系列专用的测试仪器来评估催化剂的性能、反应效率以及反应机制等。

以下是常用于光热催化研究的测试仪器：### 1. **光源系统：**- **光源选择器：** 光热催化的核心是利用光照激发催化剂表面的活性位点。

因此，选择合适波长的光源至关重要。

光源选择器用于确定使用何种波长的光源，通常有可调谐波长的激光或可见光光源。

- **光强计：** 用于测量光源的强度，确保在实验中能够精确控制和调整光照条件。

### 2. **催化剂反应器：**- **反应室：** 通常是一个密闭的容器，用于容纳催化剂和反应物。

反应室的设计通常考虑到温度、压力、光照条件等因素。

- **温度控制系统：** 用于控制反应室内的温度，确保实验条件的稳定性。

光热催化通常需要在一定温度范围内进行研究。

### 3. **光热系统：**- **光热调节器：** 用于调节和控制光热催化反应过程中的温度分布。

这可以通过调整光源的强度和方向来实现。

- **红外热成像仪：** 用于实时监测反应室内的温度分布，帮助研究人员了解光热效应对反应的影响。

### 4. **光电性能测试仪器：**- **光电池：** 用于测量催化剂在光照条件下的电子传递效率。

通过光电池可以了解催化剂对光的吸收能力和电荷分离效果。

- **光电子能谱仪：** 用于分析催化剂表面的电子结构，了解光照条件下的电子迁移过程。

### 5. **气体分析仪器：**- **质谱仪：** 用于分析反应产物，确定光热催化反应的产物种类和含量。

- **气相色谱仪：** 用于分析气相反应产物，检测催化剂的选择性和稳定性。

### 6. **表征仪器：**- **X射线衍射仪（XRD）：** 用于分析催化剂的晶体结构，了解光热催化反应中晶体结构的变化。

- **透射电子显微镜（TEM）：** 用于观察催化剂的微观结构，包括颗粒大小、形状等。

光热探测器

3.2
光热探测器
(Thermal Detector)
1
基本原理 热敏电阻
热释电探测器
2
基本原理
光吸收
光热转换
温度上升
热电转换
电学特性变化 ——电参数输出
对热电探测器的分析可分为两步：
第一步是确定温升：按系统的热力学特 性来确定入射辐射所引起的温度升高ΔT （共性）； 第二步是确定参量变化：根据温升来确 定具体探测器输出信号的性能（个性）。
15
3、分类 按原理分 （1）金属材料-正温度系数热敏电阻(PTR)
Positive Temperature Coefficient (PTC) thermistors
–由金属材料构成的测辐射热计：一般金属的能 带结构外层无禁带，自由电子密度很大，以致外
界光作用引起的自由电子密度相对变化较半导体
3
两种主要的热电效应：
• 温差电效应：当两种不同的材料两端并联熔接时，如 果两个接头的温度不同，并联回路中就会产生电动势， 称为温差电动势，回路中就有电流流通。
热端接收辐射后升温， 载流子浓度增加，电 子从热端向冷端扩散， 从而使P型材料热端带 负电，冷端带正电。N 型相反。
热端 光
冷端
4
• 当红外辐射照射到热端时，该端温度升高，而 冷端温度保持不变，此时，在回路中将产生热 电势，热电势的大小反映了热端吸收红外辐射 的强弱。 • 特点：响应时间较长，动态特性较差，被测辐 射变化频率一般应在10Hz以下。
Ps (T2 )
温度高
温度升高，极化强度减低。
25
热“释电”的物理过 程
恒温T1 电荷中和时间：秒～小时
自由电荷
Ps
Ps (T1 )

光电子技术第3章 光探测器(1)


np Nc Nv e
( Ec Ev ) / kT
Nc Nv e
Eg / kT
上式表明：禁带愈小，温度升高， np就愈大，导电性愈好。 在本征半导体中， ni pi ( Nc Nv ) 则有
1/ 2
e
Eg / 2kT
np n
2 i
平衡态判据
2 i
可得出，少子浓度：
n np NA 2 ni pn ND
光照到某些金属或半导体材料上，若 入射的光子能量足够大，致使电子从 材料中逸出，称为光电发射效应，又 称外光电效应。 1 2 m h W 爱因斯坦定律 e 2 当hν＝W，对应的光波长为阈值波长或长波限。
h
hc
max
W
max
hc W
h 4.13 10 eV s 14 c 3 10 m / s
L2 tn n nU L
Ip
Mn
n
tn
Mp
p
tp
n p

1 1 M Mn M p ( ) tn t p tn t p

如果定义
1 1 1 tr tn t p
则有
M

tr
以上分析，对光敏电阻的设计和选用 很有指导意义。
光电导 光电流
AU I GU L A A G p G Gd ( d ) L L AU I p I I d (G Gd )U L
d q(nn p p )
N n n AL
p N p AL
n p n p
nn pn pn q (U D U ) / kT e pp qU / kT n p n p (e 1)

光热成像法

光热成像法
光热成像法（Thermographic Imaging）是一种非接触式的热成像
技术，它可以通过记录目标物体的红外热辐射图像来进行检测和分析。

这项技术广泛应用于建筑和机械领域，尤其是在检测建筑物的热漏洞、机械设备的热失效、电子元件的温度分布等方面。

通过光热成像法，
可以快速、准确地发现存在问题的区域，并及时采取措施进行修复或
更换。

此外，光热成像法也被用于医疗领域，例如用来检测肿瘤的温
度变化。

总之，光热成像法是一项非常有用的技术，为各个领域的检
测和分析提供了便利。

光辐射的探测及成像技术

由此得到光电发射对阴极材料的要求：
(1)对光的吸收大，以便体内有较多的电子受激发射； (2)电子受激发生在表面附近，以使碰撞损失尽量小； (3)材料逸出功小，以使到达表面的电子容易逸出； (4)电导率好，以便能够通过外电源来补充光电发射失去的电子。
外光电效应——光电发射效应
金属的光电发射
金属反射掉大部分入射的可见光(反射系数大于90%)，吸收效率较低，且光电子与金 属中大量自由电子碰撞，能量损失大，因而只有表面附近(几纳米范围内)的光电子才 有可能克服逸出功(大都大于3eV)发出光电子。对于能量小于3eV的可见光很难产生 光电发射，只有铯(逸出功2eV)对可见光灵敏，可用于可见光电极，但其量子效率很 低(小于0.1%)，在光电发射前两阶段能量损耗极大。
外光电效应——光电发射效应
半导体光电发射
半导体光电发射的光电逸出参量有两个，分别是电子亲和势和电子逸出功。 电子亲和势是指导带底上的电子向真空逸出时所需的最低能量，数值上等于真空能级 (真空中静止电子的能量)与导带底能级之差。有表面亲和势和体内亲和势之分。表面 亲和势是材料参量，与掺杂、表面能带弯曲等因素无关，而体内亲和势不是材料参量， 可随表面能带弯曲变化。 电子逸出功是描述材料表面对电子束缚强弱的物理量，在数量上等于电子逸出表面所 需的最低能量，即光电发射的能量阈值。
光电探测的物理效应
光电探测的物理效应可以分为三大类：光电效应、光热效应和波相互作用效应，并以 光电效应应用最为广泛。
光电效应
是入射光的光子与物质中的电子相互作用并产生载流子的效应。事实上，此处我 们所指的光电效应是一种光子效应，也就是单个光子的性质对产生的光电子直接 作用的一类光电效应。
外光电效应和内光电效应
流方向 I p 与结电流方向相反，而与P-N结反向饱和电流 I 0 同向，且 I p I 0 。
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（2）热电堆工作原理
为了减小热电偶的响应时间，提高灵敏度，常把辐射接收 面分为若干块，每块都接一个热电偶，串联起来构成热电堆。
2通道热电堆检测器
4通道热电堆检测器
3.热释电器件
利用热释电效应
(1) 热释电器件的特点 与其它热检测器相比，热释电器件具有以下优点：
①具有较宽的频率响应（工作频率接近兆赫兹），较低的时间 常数（10-4 ~ 3×10-5 s）；
光电效应
外光电效应
光电导效应 光敏电阻
光电池
内光电效应
光电二极管
光生伏特效应 光电三极管 发光器件
光热效应
光电耦合器件
辐射热计效应 热敏电阻
PSD
温差电效应 热电偶，热电堆
热释电效应 热释电器件
光敏电阻
光敏电阻的符号
照射光度量改变
光敏电阻阻值变化
光电导： g p gl gd 光电流： I p Il Id Ip SgEU
1. 热敏电阻
热敏电阻：吸收入射辐射后引起温升而使电阻改变，导致负载电 阻两端电压的变化，并给出电信号的器件。
特点： ①热敏电阻的温度系数大，灵敏度高，热敏电阻的温度系数常比
一般金属电阻大10～100倍，且为负温度系数。 ②结构简单，体积小，可以测量近似几何点的温度。 ③电阻率高，热惯性小，适宜做动态测量。 ④阻值与温度的变化关系呈非线性。 ⑤不足：稳定性和互换性较差。
光电三极管
c
e
电路符号：
发光二极管
h Eg
hc


Eg
hc
Eg
发光效率：
能量效率 电流效率 量子效率
in

neo ni
ex

nex nin
激光器 组成：工作物质、谐振腔、泵浦源
粒子数反转
高能态粒子跃迁辐射
辐射波谐振， 辐射放大
输出激光
光电耦合器件
发光器件：LED、半导体激光器、
热敏电阻的原理 ：
光 半导体
本征吸收，杂质吸收
光生载流子
晶格吸收和自由电子吸收等 热能
晶格振动加剧
器件温度上升，电阻值变化
热敏电阻的温度系数
金属：能带结构外层无禁带，自由电子密度很大，以致外界光 作用引起的自由电子密度相对变化较半导体而言可忽略不计。
光
金属
晶格振动加剧
妨碍自由电子定向运动
电阻值略有增加
当温度升高到一定值，铁电体的自发极化突然消失——居里点
在居里点以下，极化强度PS是温度T的函数。利用这一关系 制造的热敏检测器称为热释电器件。
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。
3.2.7 光电检测器件的性能比较
光电检测器件的物理基础：光电效应，光热效应
2.热电偶探测器
辐射热电偶：测量辐射能的热电偶。 （1）热电偶的工作原理
半导体辐射热电偶： 用涂黑的金箔将N型
半导体材料和P型半导体 材料连在一起构成热结， 另一端（冷端）将产生温 差电势。
P型半导体的冷端带正电，N型半导体的冷端带负电。开路电压 UOC与入射辐射使金箔产生的温升ΔT的关系为
UOC=M12ΔT 式中，M12为塞贝克常数，又称温差电势率（V/℃）。
Ip 变化
光电池
工作原理图
光电池符号
I

SI
L－I S
exp
qV kT

1
短路电流: ISC IL SL
开路电压:
VOC

kT q
ln
SL IS
输出特性：
VOC/V
400
UL
PL
200
IL
0 RM
200 RL/Ω
ISC/mA 100 80 40 400
光电二极管
光电耦合器件
微形钨丝灯等
接收器件：光电二极管、光电三极管、
光电池、光敏电阻等电路来自号：AC电、磁 绝缘， 光信息 相连
K
E
主要特性：隔离特性与传输特性（电流传输比β ）
光电位置敏感器件PSD
I0 I1 I2
I1

I0
L
xA 2L
I2

I0
L
xA 2L
xA

I2 I2

I1 I1
②热释电器件的检测率高； ③热释电器件可以有大面积均匀的敏感面，而且工作时可以不外
加接偏置电压； ④与热敏电阻相比，受环境温度变化的影响更小； ⑤热释电器件的强度和可靠更好，且制造比较容易。
在热检测器中最受重视的是热释电检测器。
(2) 热释电器件的基本工作原理 铁电体——在外加电场除去后仍保持着极化状态 （自发极 化）。
L
各种光电检测器件的性能比较： 动态特性好：光电倍增管，光电二极管 线性好：光电倍增管，光电二极管，光电池 灵敏度好：光电倍增管，光敏电阻，光电三极管 输出电流大：光敏电阻，光电三极管，大面积光电池 外加电压低：光电二极管，光电三极管，光电池 暗电流小：光电倍增管，光电二极管，无偏置光电池 稳定性好：光电二极管，光电池 光谱响应宽：光电倍增管，CdSe光敏电阻 光敏面积大：光电池 响应快：Si光电二极管，光电倍增管
由金属材料组成的热敏电阻具有正温度系数，而由半导体 材料组成的热敏电阻具有负温度特性。
半导体材料热敏电阻的温度系数大约为-3%~-6%，约为白 金的10倍以上。所以热敏电阻探测器常用半导体材料制作而很 少采用贵重的金属。
热敏电阻的结构
结构：热敏材料制成的厚度为0.01mm左右的薄片电阻粘合在导 热能力高的绝缘衬底上，电阻体两端蒸发金属电极，再 把衬底同一个热容很大、导热性能良好的金属相连构成 热敏电阻。