热释光探测器

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。

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热释电红外探测器热释电红外传感器是一种红外光传感器， 属于热电型器件，当热电元件PZT 受到光照时能将光能转换为热能，受热的晶体两端产生数量相等符号相反的电 荷，如果带上负载就会有电流流过，输出电压信号。

热释电效应及原理在自然界，任何高于绝对温度（-273K ）的物体都将产生红外光谱，不同温 度的物体释放的红外能量的波长是不一样的， 因此红外波长与温度的高低是相关 的，而且辐射能量的大小与物体表面温度有关。

当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象， 被称为热释电 效应。

通常，晶体自发极化所产生的束缚电荷被来自空气中附着在晶体表面的自 由电子所中和，其自发极化电矩不能表现出来。

当温度变化时，晶体结构中的正 负电荷重心相对移位，自发极化发生变化，晶体表面就会产生电荷耗尽，电荷耗 尽的状况正比于极化程度，图1表示了热释电效应形成的原理图1热释电效应形成原理热释电传感器利用的正是热释电效应， 是一种温度敏感传感器。

它由陶瓷氧 化物或压电晶体组件组成，组件两个表面做成电极，当传感器监测范围内温度有 △ T 的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷 △ Q ,即在两电极之间产 生一微弱电压△ V 。

&那电何*© 0 0 0 0 ❺ © 0 @ O © © © ® 倫条杵T[K]r~S極化T+ATIKJ能产生热释电效应的晶体称之为热释电体或热释电组件， 其常用的材料有单 晶（LiTaO3等）、压电陶瓷（PZT 等）及高分子薄膜（PVFZ 等）。

当以LiTaO3为代表的热释电材料处于自极化状态时，吸收红外线入射波后， 结晶的表面温度改变，自极化也发生改变，结晶表面的电荷变得不平衡，把这种 不平衡电荷的电压变化取出来，便可测出红外线。

热释电材料只有在温度变化时 才产生电压，如果红外线一直照射，则没有不平衡电压，一旦无红外线照射时， 结晶表面电荷就处于不平衡状态，从而输出电压。

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。

述热释电红外探测器的使用场合
热释电红外探测器是一种可以探测红外线辐射的传感器，它可以
感知人体或者动物的体表温度发射的红外线以及其他物体的较高温度。

由于其无需光照就可以工作，因此适合用于光线较暗或者没有光线的
环境，比如夜晚或者低照度地区。

热释电红外探测器广泛应用于安全
监控与防护、消防报警、智能家居、航空航天、无人驾驶等领域。

在
安防领域，热释电红外探测器常用于检测人员进入禁止区域、门禁系统、区分人与动物等方面。

在无人驾驶领域，热释电红外探测器用于
识别障碍物，避免车辆与行人碰撞。

在智能家居方面，热释电红外探
测器可作为智能门锁、智能灯光等智能设备的重要组成部分，来提高
整个智能家居的安全性和便利性。

热释电红外探测器组成和原理1热释电红外探测器的组成 (1)1.1热释电红外传感器的结构 (1)1.2热释电红外探测器的光学系统 (2)2热释电红外探测器的原理 (5)在过去的几十年里，传感器这一用语经历了从诞生到家喻户晓的过程。

今天很难找到一个科学领域或产业部门能够完全脱离传感器而存在。

热释电红外传感器作为热释电红外探测器的核心部件因其新颖的工作原理越来越受到人们的关注。

本章将先介绍热释电红外探测器的工作原理，并深入分析热释电红外传感器的工作原理，然后对热释电红外探测器的组成和关键技术做详细介绍。

1热释电红外探测器的组成目前市场上的热释电红外传感器是探测器的核心器件。

如图1所示。

它的主要部分是由高热电系数的材料制成尺寸约在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变化而产生的干扰。

热释电红外传感器的作用主要是探测接收红外辐射并将其转换为微弱的电压信号。

下面小节中将对热释电红外传感器的热释电效应做详细分析介绍。

图1 热释电红外探测器的基本组成1.1热释电红外传感器的结构热释红外传感器和热电偶一样是基于热电效应的热电型红外传感器。

不同的是，它的热释电系数远远高于热电偶，其内部的热电元件采用高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化强度随温度的变化而变化。

为了抑制因自身温度变化而产生的干扰，在工艺上将两个特征一致的热电敏感元反向串联接成差动平衡电路，它能以非接触式探测出物体放出的红外线能量变化，并将其转换为电信号输出。

典型的热释电红外传感器结构如图2所示，热释电陶瓷敏感元件、场效应管和偏置高阻被封在管壳内。

器件的性能不仅与敏感元件本身的特性有关，与敏感元件的物理尺寸、固定方式、以及偏置电阻的大小和场效应管的类型也有关。

红外窗口的性能、器件密封方式以及外围电路的特性都会影响器件的探测效率。

图2 热释电红外传感器内部结构热释电红外传感器是以探测人体辐射为目标，所以热释电元件对波长为m 12~8左右的红外辐射必须非常敏感。

实验四：利用热释光剂量探测器thermoluminescent detector (TLD)测量γ射线的累积剂量一、实验目的1、了解LiF(Mg，Cu，P)热释光材料用于剂量测量的原理及特性；2、掌握使用热释光剂量计测量个人剂量、环境剂量的基本原理和过程；3、掌握热释光相关仪器的组成和基本使用方法；二、实验原理1、能带理论按照能带理论，晶体物质的电子能级属于两种能带：处于基态的已被电子占满的允许能带，称为满带；没有电子填入或尚未填满的容许能带，称为导带。

它们被一定宽度的禁带所隔开。

在晶体中，由于存在杂质原子以及有原子或离子的缺位和结构位错等，从而造成晶体结构上的缺陷。

这些缺陷破坏了电中性，形成了局部电荷中心，它们能吸引和束缚电荷，在能带图上，也就是相当于在禁带中存在一些孤立的局部能级。

在靠近导带下面的局部能级能够吸附电子，又称为陷阱；在靠近满带上面的局部能级能够吸附空穴，称为激发能级。

在没有受到辐射照射前，电子陷阱是空着的，而激活能级是填满电子的，具体见图1。

导带陷阱禁带激活能级导带禁带价带陷阱图1、晶体能带图图2、F、H中心的形成图3、热释光发光机理当辐射如γ、X、β射线照射晶体时，产生电离或激发，使价带或激发能级中的电子受激而进入导带成为自由电子（图2过程①），同时在价带或激发能级中产生空穴，根据能量最小原则，这些空穴落入激活能级的概率最大，俘获了空穴的激活能级称为H中心。

类似的，进入导带的电子落入电子陷阱的概率也最大（图2过程②），称俘获电子的陷阱为F中心。

在测量过程中对晶体加热，俘获的电子受热以后，获得足够的能量摆脱陷阱束缚跃回低能态，与空穴结合，同时多余的能量以可见光形式释放，称为辐射热释光(简称热释光，符号TL)，见图3。

晶体受热时发光量越大，表征它接受的累积辐射量越大。

2、热释光探测器主要剂量学特性2.1、储能性热释光磷光材料吸收的辐射能量一部分转变为电子的势能，电子被束缚在亚稳态的陷阱中，使这部分辐射能量被热释光磷光材料有效存储，直到测量时才释放出来，材料吸收的能量越多(吸收剂量越大)，产生的自由电子越多，被俘获到陷阱中产生的电子即F中心也越多，那么储存的辐射能量也就越多。

3. 1热释电效应热释电红外传感器是一种非常有应用潜力的传感器。

它能检测人或某些动物发射的红外线并转换成电信号输出。

早在1938年，有人就提出利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视。

直到六十年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才又推动了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用开发。

近年来，伴随着集成电路技术的飞速发展，以及对该传感器的特性的深入研究，相关的专用集成电路处理技术也迅速增长。

热释电红外传感器是利用红外辐射的热辐射作用引起元件本身的温度变化检测信号，其探测率、响应速度都不如光子型传感器。

但由于热释电型传感器可在室温下使用，灵敏度与波长无关，所以应用领域广。

通用性好的热型传感器有热电堆、热敏电阻、高莱管等。

其中，利用铁电体热释电效应的热释电型红外传感器灵敏度高，可以广泛地用于民用领域。

考虑到实际情况，即主要用于保护人身安全问题，而不是用于非常精密的场合，故本课题选用热释电红外线传感器，既能利用此传感器的优势，又能满足要求，从经济上和实用价值综合考虑来看是一理想的选择。

但要其正常使用，既要防止漏报，又要减少误报，特别是如何将误报现象降到最低的限度是一个摆在广大工程设计人员面前的一个课题。

要做到这一点，必须首先要了解被动红外探测器的一些基本概念及其技术特点，这样才能根据这些基本的技术特点，从安装、调试、使用等各个环节，按照探测器的基本技术特点，最大限度的发挥探测器的功效。

3. 4热释电红外探测器基本原理热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度、距离、方向等有关的低频电信号。

传感器的电压响应度与入射光辐射变化的频率成反比，因此，当恒定的红外辐射照射在探测器上时，探测器没有电信号输出，所以恒定的红外辐射不能被检测到；而物体移动速度越快，同样的入射功率下，输出电压就会越小。

只有电压达到报警阀值电平时，探测器才会有电压信号输出。

根据该特性，选择热释电红外探测器适用于盗情信号的检测。

HR2000D型热释光剂量仪仪器简介：HR2000D型热释光剂量测量仪采用单片机控制，具有自动校准、扣除本底、参数设置和较高的稳定性、重复性；可进行数据库编译、检索、发光曲线显示、数据打印。

读出器整机采用模块结构，具有性能可靠、维修简便的特点。

可用于辐射防护、放射医学、放射生物学、地质学、考古学、环境科学及核战时人员的剂量监测、核电站和核事故应急医学救治。

该热释光剂量测量仪满足国家标准《个人和环境监测用热释光剂量测量系统》（GB 10264-88）规定的要求，单片机控制测量程序，量程为: 10-7Gy～10Gy。

仪器特点：中文菜单界面，五触摸键操作，大液晶屏显示预设10组加热参数设置程序，可实时改变参数设置实时RS232通讯传输，配套热释光剂量数据管理和分折软件随机带条码扫描仪数据存储: 可在仪器中保留1000组测量结果，避免造成数据意外丢失；实时打印，读出器还可选择配打印机技术参数：测量系统稳定性≤0.1%；灵敏度重复性的变化系数：≤0.1%±0.05%/℃；加热温度范围：室温～500℃，加热速率：1～40 ℃?s-1加热温度重复性：≤1%，加热温度偏差：≤±1℃自动扣除预设本底探测器筛选：测量后对探测器自动分组双抽屉结构：实时在线更换、清洗滤光片可以抽屉在外清洗、烘干加热盘半导体致冷，可根据需要改变光电倍增管的工作温度，30min可制冷到5℃。

循环测量：改变修改编号，读出器可以设置三种测量状态，实现在同一编号下探测器的循环测量，每次1个片。

外观尺寸(W×D×H): 28cm×40cm×37cm重量：20kg。

热释电探测器原理热释电探测器是一种利用物体释放的红外辐射来检测其存在的传感器。

它利用了物体对热辐射的特定响应，可以在没有可见光的情况下检测到物体的存在。

热释电探测器的原理基于材料的热释电效应和光电探测技术。

热释电效应是指当材料受到红外辐射时，其内部温度会发生变化，从而导致热释电效应。

这是由于吸收红外辐射的能量会使材料的内部结构发生变化，从而引起材料的温度变化。

热释电效应是许多晶体和陶瓷材料特有的性质，利用这种效应可以制造出热释电材料。

一般来说，热释电材料是由铁电陶瓷材料制成的，例如锂钽酸铽等。

热释电材料具有极性晶格结构，当受到红外辐射时，其内部电荷分布会发生变化，从而改变了材料的极化程度。

这种极化程度的变化会产生极化电荷，导致材料表面产生电势差。

这种电势差可以通过金属电极的连接来测量，并将其转化为电信号。

在热释电探测器中，热释电材料通常制成薄膜状，并固定在传感器的表面。

当物体发出红外辐射时，热释电材料会吸收这些辐射并产生温度变化。

这个温度变化会导致材料表面产生电势差，进而形成电流信号。

通过测量这个电流信号的强度和变化，可以确定物体的存在和移动。

为了提高热释电探测器的性能，通常会将其与其他元件结合在一起。

例如，一个常见的热释电探测器系统包括透镜和滤光片。

透镜可以集中并聚焦红外辐射到热释电材料上，从而增强探测器对红外辐射的灵敏度。

滤光片则可以滤除掉除了感兴趣的特定波长之外的其他光线，从而减少背景噪声的干扰。

除了这些基本元件外，热释电探测器还可以结合其他技术来提高其性能。

例如，一些热释电探测器使用微机电系统（MEMS）技术制造，可以实现小型化和集成化的设计。

此外，一些高级探测器还可以采用多个热释电材料和电路来提高灵敏度和分辨率。

总的来说，热释电探测器利用物体对红外辐射的特定响应来检测其存在。

通过利用热释电效应，热释电材料可以转化红外辐射的能量为电信号。

通过测量这个电信号的强度和变化，可以确定物体的存在和移动。

热释电光探测原理热释电光探测原理是一种基于热释电效应的光电传感器原理。

热释电效应是指当光线照射到一个介质上时，光在介质中产生的能量会被物质吸收，并转化为热能。

这种转化产生的热能会导致介质的温度变化，进而引起介质产生内部电场的偏移，从而在介质材料周围产生电势差。

热释电光探测器通常由一块热敏材料、一对电极和一个感应电路组成。

热敏材料一般为晶体或陶瓷材料，如锂钽酸锶钠晶体。

当光线照射到热敏材料上时，热敏材料会吸收光的能量，产生微弱的热能，从而使材料温度变化。

该温度变化会引起热敏材料内部的电势差的偏移。

电极负责检测热释电现象产生的电势差，并将其转化为电信号。

电极通常由金属材料制成，如金属箔或金属薄膜。

电极与热敏材料通过相应的电连接器连接，并将热释电效应所产生的电势差引导到感应电路中。

感应电路是热释电光探测器中的一个重要部分，它负责放大和处理电信号，从而使其更容易被检测和解读。

感应电路通常包括放大器、滤波器和数字转换器等组件。

放大器用于放大电信号，使其足够强大以供进一步处理。

滤波器则用于去除杂散信号和噪音，以保证最终输出信号的准确性和可靠性。

数字转换器则将模拟信号转换为数字信号，以方便后续处理和分析。

热释电光探测器的原理是基于热敏材料的热释电效应，通过热能转变为电势差的变化，最终转化为电信号。

由于热释电效应非常敏感，热释电光探测器可以在微弱光照下工作，并且对红外辐射具有很高的响应度。

因此，热释电光探测器被广泛应用于红外传感、安防监控、人体检测、智能家居等领域。

红外热释电传感器是一种非常有潜力的传感器，它可以检测人或某些动物发出的红外光并转换成电信号输出，是感应人体存在的高灵敏度红外探测元器件。

热释电传感器顶部的长方形窗口加有滤光片，可以使人体发出的9~10μm的红外光通过，不需要接触人体就能检测出人体辐射能量的不同以及变化，并把它转换成电压信号输出。

通过将信号放大，就可以驱动各种控制电路，用在电源开关控制、防盗报警、自动控制等多种场景下。

其实，早在1938年就有人提出利用热释电效应来探测红外辐射，无奈当时并未受到重视。

直到60年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才逐渐推动了对热释电效应的研发和应用。

在自然环境中，任何高于绝对温度（-273K）的物体都会产生红外光，不同温度的物体释放出的红外光的波长并不相同，而且辐射能量的大小也不尽相同。

人体的恒定体温在37℃左右，会发出10μm左右特定波长的红外线，热释电传感器就是靠探测人体发射出的红外线进行工作的。

热释电人体红外传感器的特点是它只有在外界辐射引起它本身的温度发生变化时，才给出一个相应的电信号。

当温度的变化趋于稳定时，就不会有信号输出，也就是说热释电信号与它本身的温度的变化率成正比，或者说热释电人体红外传感器只对运动的人体敏感。

热释电传感器除了用在常见的自动门、感应灯、智能防盗报警系统上，也在越来越多的智能电器中应用广泛。

如无人时自动关闭的空调、电视；有人靠近时自动开启的监视器、自动门铃等。

热释电探测器工作原理热释电探测器，听起来高大上，其实就是个能感知温度变化的小家伙。

想象一下，它就像一个超级敏感的“热觉察者”，只要有一点点热量变化，它就能嗅到。

这个小家伙主要利用的是热释电效应。

说白了，就是当某些材料受到温度变化时，它们会释放出电荷。

简单来说，温度一升高，这些材料就像打了鸡血一样，开始“嗨”起来，释放出电流来。

你可以把它想象成一个热爱派对的家伙，温度一上升，它就像被点燃了一样，立马响应。

这种效应的运作原理就像我们日常生活中那种“冷热交替”的感觉一样。

比如说，你在外面冻得瑟瑟发抖，回到家里一开空调，那种温暖瞬间包围你的感觉，哇，简直太美妙了。

而热释电探测器就是利用这种热量的变化来检测周围环境的。

让我们聊聊它的实际应用吧。

你知道吗，它们在安防系统中可是大显身手的。

比如说，夜深人静的时候，家里突然响起警报，原来是这个小家伙发现了潜在的入侵者。

就好比你在家里睡觉，忽然感觉到有个“人”在你周围移动，结果是你那个讨厌的室友又出来找吃的，简直让人无奈。

这种探测器还被广泛应用于一些智能家居设备里。

像是自动开关灯的系统，简直方便得不得了。

你走进一个房间，灯光瞬间亮起，仿佛在说：“欢迎光临，我的主人！”不再需要摸黑找开关，真是省心又省力，简直是懒人的福音。

再说说它的工作原理，听上去复杂，其实并不难。

热释电探测器内有一些特殊的材料，比如说钛酸钡。

当这些材料被热量刺激时，它们的电荷会发生变化，从而产生电流。

这就像是在进行一场热量的“跳舞”，温度一变化，电流就开始欢快地流动，最终被探测器接收到。

有趣的是，这些探测器并不是总是“侦探”周围的热量。

有些时候，它们会“失业”，比如在温度变化不大的环境中。

不过，别担心，它们总是准备好迎接下一次的挑战。

就像我们总会有忙碌和放松的时刻，热释电探测器也是如此。

热释电探测器的优点可多着呢。

它们不需要太多电源，使用起来相对环保。

毕竟，随着科技的发展，节能减排已经成了我们生活中的重要一环。