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第六章 热辐射器件(热释电探测器)

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热释光探测器及应用 ppt课件

热释光探测器及应用 ppt课件
研制多种新规格的探测器。
（能够提供新的规格的探测器和按照用户要求提供）
ppt课件 14
防化研究院 热释光探测器的最新研究进展
新材料LiF:Mg,Cu,Na,Si/LiF:Mg,Cu,Si的研究： LiF:Mg,Cu,Si 是组织等效的 LiF 热释光探测器的新的一族，具 有好的热稳定性，较小的残余信号， Si 代替 P 有较好的化学和 环境稳定性，该材料具有一定的研究价值。韩国在该探测器的 研究走在了前面，但他们的材料的热稳定性较差。
热释光探测器及应用
ppt课件
1
ppt课件
2
热释光探测器及发展动态
防化研究院热释光探测器研究简介
GR-100和GR-200性能 GR-100和GR-200规格 防化研究院有关探测器的最新研究进展 热释光探测器选择 热释光剂量测量技术 几个关注的问题
ppt课件 3
防化研究院热释光探测器研究简介
ppt课件 20
LiF:Mg,Cu,P粉末、玻璃管状和片状探测器的 优缺点
LiF:Mg,Cu,P粉末探测器：
1 ）热释光灵敏度较 LiF:Mg,Cu,P 片状探测器低，但
灵敏度为LiF:Mg,Ti的30倍以上。2）在实际应用中可 以任意选取不同的重量用塑料管制成个人剂量计，即 经济又实用，在国内有不少应用。 3 ）由于它的物理 状态为粉末，颗粒度的表面积大，产生的非辐射感生 热释光高，且涨落大，所以它的本底剂量大，探测阈 和信噪比均不如LiF:Mg,Cu,P片状探测器。4）操作不 方便。

240 至 700℃退火温度对 LiF:Mg,Cu,P 热释光发射谱的影响 研究：主要研究热处理如何影响陷阱中心和发光中心。首 次提出了退火温度低于 300℃时，热释光灵敏度随退火温 度增加而降低是由于热辐射对载流子陷阱破坏作用；退火 温度超过 300℃时，发射光谱向短波方向移动，发光中心 受到破坏。从而解释了 LiF:Mg,Cu,P 的发光机理， Cu 的作 用以及灵敏度的热损失和恢复机理。 19 ppt课件

光电传感技术论文热释电探测器及其应用

光电传感技术论文热释电探测器及其应用

光电传感技术论文热释电探测器及其应用This model paper was revised by LINDA on December 15, 2012.光电传感技术热释电探测器及其应用院系电子工程学院光电子技术系班级光信息0802姓名 xxxx学号 xxxxx班内序号08考核成绩摘要论述了热释电电探测器的结构及工作原理。

推导出热释电电流，电流响应率，电压响应率的解析表达式，介绍了热点是探测器的红外探测，图像装置及其他应用，推导了热点是探测器在线开关和离走开关的工作原理、电路设计及应用。

对热释电材料进行了分类，对热释电材料、热释电传感器、热释电探测器的性能作了介绍。

关键词热释电探测器、在线开关、离走开关、热释电材料。

热释电探测器是本世纪70年代迅速发展起来的新型探测器，这种探测器具有室温工作、不需制冷、光谱响应无波长选择性、探测度高等特点，现已广泛应用于入侵报警、火灾报警、气体分析、自动门风诸多领域。

1. 热释电传感器热释电探测器的结构由热释电晶体、电极、吸收层、底衬、FET和负载电阻组成．吸收层上方的硅窗口材料只允许特定波段的红外辐射入射到吸收层上．热释电探测器具有自极化效应，晶体处于低于Curie温度的恒温环境时，其自极化强度保持不变，即极化电荷面密度保持不变，这些电荷被空气中的带电离子中和，当红外辐射入射晶体，被晶体吸收后，晶体温度升高，自极化强度变小，即电荷面密度变小．这样，晶体表面存在多余的中和电荷，这些电荷以电压或电流的形式输出，该输出信号可用来探测辐射．相反，当截断该辐射时，晶体温度降低，自极化强度增大，有相反方向的电流或电压输出。

若在dt时间内，热释电晶体温度变化dAT所引起的极化强度变化为dP，则与极轴垂直的晶体表面产生的电流面密度可表达为dt T d dt J ∆==dp th w τ1>>（1） Td ∆dp 称热电系数，用P 表示，这样，J 可表示为 dt Td p J ∆= （2）入射辐射是角频率为w 的正弦调制光，功率幅度为0W ，该辐射可表示为()jwt e W t W 0=，探测器吸收率为n ．此时，探测器温度上升量T ∆由下式确定T G dt T d C e aW jwt ∆+∆=0（3）其中，C 为晶体的热容量，G 为晶体与周围环境的热导率，用Lap1ace 变换方法解方程并利用初始条件0=t ，0=∆T 得()jwte jwC G aW t T +=∆0（4）因此热释电晶体产生的电流可表示为jwtjwe jwC G pAaW dt T d pA I +=∆=0 （5）式中，A 为电极面积。

热释电探测器介绍

热释电探测器介绍

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。

《热辐射探测器》课件

《热辐射探测器》课件
智能化
随着人工智能和机器学习技术的发 展，热辐射探测器将具备自我学习 和自我调整的能力，能够根据环境 变化自动优化探测性能。
热辐射探测器面临的挑战
环境适应性
热辐射探测器在复杂环境中工作 时，需要克服温度、湿度、压力 等多种因素的影响，保证探测的
稳定性。
可靠性
热辐射探测器在长时间工作过程 中，需要保持稳定的性能，防止
灵敏度与选择性
热辐射探测器应具有高灵敏度和良好的 选择性，能够准确探测和区分不同波长
的热辐射。
响应速度
热辐射探测器的响应速度应足够快， 能够实时跟踪和响应热辐射的变化。
稳定性与可靠性
热辐射探测器应能在各种环境条件下 保持稳定性能，并具有较高的可靠性 ，能够长期稳定运行。
尺寸与重量
热辐射探测器的尺寸和重量应尽可能 小，以便于携带和应用。
光纤温度传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、测量范围广等 优点，常用于石油、化工等领域。
热辐射探测器的性能指标
测量范围
指探测器能够测量的温度范围。
响应时间
指探测器从接收到信号到输出稳定所需的时 间。
精度
指探测器的测量误差。
稳定性
指探测器在长时间使用中的性能稳定性。
03
热辐射探测器的设计与制 造
热辐射探测器的设计原则
气象观测
热辐射探测器用于测量大气温度、湿度和压力等气象参数，为气象预报和气候变化研究提供数据支持 。
环保监测
热辐射探测器可以检测工业废气和排放物的温度，帮助环保部门监控污染源和，热辐射探测器用于火灾预警和监测，通过实时监测建筑物的温度变 化，及时发现火灾隐患并发出警报。
热辐射探测器的种类
光电导型
利用光电导材料吸收光子能量后电导率发生变化 ，从而检测光辐射能量。

第六章 热辐射器件(热释电探测器)

第六章 热辐射器件(热释电探测器)

∆Q = Ad ∆σ = Ad ∆Ps
改变上式，得： 改变上式，
∆ Q = A
d
∆ Ps ∆ T ∆ T
热释电探测器输出电流： 热释电探测器输出电流： i = lim∆Q = dQ = A dP dT = A γ dT s d d d
∆t→0
热释 电系 数
∆t
dt
RV =
α ωε
0
Ad
×
γ ε rc′
2、噪声等效功率
热释电探测器的噪声主要来自于温度噪声和热噪声 温度噪声 温度噪声功率均方根值为： 温度噪声功率均方根值为：
1 2
∆ ω T = 4 KT G R ∆ f
2
(
)
1 2
= 4 KT
2
d Ad σ T dT
(
= 4 KT
4
∆ T
∆ Tω =
0
=
α P
G
0
2 G 1 + ω 2τ H
(
α Pω
)
1 2
exp [i (ω t + φ )]
温升与辐射功率的相位差： φ = arctg ωH 温升与辐射功率的相位差： G 响应时间： 响应时间：
τ
H
=
H G
二、热探测器的极限探测率
根据斯忒番-玻耳兹曼定律， 根据斯忒番-玻耳兹曼定律，若器件的温度为T，接收面积为
一
1．热释电材料
热释电效应
极性晶类，晶体内正、 极性晶类，晶体内正、 负电荷中心并不重合， 负电荷中心并不重合， 晶体原子具有一定电矩； 晶体原子具有一定电矩； 也就是说晶体本身具有 自发极化特性。 自发极化特性。但介质 中的电偶极子排列杂乱, 中的电偶极子排列杂乱, 宏观不显极性。 宏观不显极性。

热辐射探测器件资料

热辐射探测器件资料

金属材料-正温度系数热敏电阻(PTR)
Positive Temperature Coefficient (PTC) thermistors 金属材料测辐射热计原理：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而言可忽略不 计。吸收辐射产生温升后，自由电子浓度的增加是 微不足道的。相反，因晶格振动的加剧妨碍了自由 电子作定向运动，从而电阻温度系数是正的
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。
3. 热敏电阻的参数
热敏电阻探测器的主要参数有： （1）电阻-温度特性
aT = A T R T AT 2 1 2 ① 正温度系数的热敏电阻 RT R0 e B R BT 1 1 a = R R e ② 负温度系数的热敏电阻 T B 2.303 2 lg T T T1 T R2 式中，R 为绝对温度 T2 时的实际电阻值； R 、R 分别
Φ0 温升与热导 T
G
T t

G t Φ0e C Φ0e jt G jC G jC
常数成反比，提高温升将使器件的惯性增大，时间响应变坏。 0 即频率很高或器件的惯性很大时 在高频时（ωτT >>1） T C 温升与热导无关，而与热容成反比，且随频率的增高而衰减。

《热探测器》PPT课件


精选ppt
4
§2 测辐射热计
利用材料吸收红外辐射后电阻发生变化而制成的红外探测 器叫测辐射热计。
分类：热敏电阻测辐射热计、金属测辐射热计、低温测辐 射热计、超导测辐射热计、复合测辐射热计。
2.1 热敏电阻测辐射热计
1）热敏电阻 热敏电阻的阻值随自身温度的变化而变化。
电阻温度系数：热敏电阻阻值随温度的相对变化率。
aa负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻ntcntc如金属氧化物半导体如金属氧化物半导体材料温度升高时电阻降低材料温度升高时电阻降低温度特性其中bb正温度系数热敏电阻ptc如钛酸钡结构的化合物金刚石结构的半导体材料温度升高时电阻降低玻封热敏电阻ntc图b片式ntc热敏电阻图c珠状引线ntc热敏电阻22热敏电阻测辐射热计热敏电阻测辐射热计aa结构及工作原理结构及工作原理热敏电阻测辐射热计所采用的热敏材料通常是由热敏电阻测辐射热计所采用的热敏材料通常是由负温度系负温度系数的氧化物半导体数的氧化物半导体做成的晶片结构一般是锰钴和镍氧化物做成的晶片结构一般是锰钴和镍氧化物熔结而成
（1）
热敏电阻吸收红外辐射，引起温升，阻值发生变化，R1上的 焦耳热的改变量为：
PJ
dPJ dR1
dR1 T dT
精选ppt
（2）
9
根据式（1）及
T
1 R
dR dT
,可得
2
P J R L 1 V 0R 1 R 1R R L L 1 1 R R 1 1 T T P JR R L L 1 1 R R 1 1 T T
2.4 测辐射热计焦平面阵列
优点：带宽小，能在一个帧时间内完成积分；成本低。
精选ppt
15
熔结而成）。
结构：
窗口

热热释电探测器讲义

热释电效应当人体受热时，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。

能产生热释电效应的晶体称之为热释电体或热释电元件。

热释电红外传感器通过目标与背景的温差来探测目标。

一般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。

热释电红外传感器的特点是反应速度快、灵敏度高、准确度高、测量范围广、使用方便，随着相关信号处理器性能和可靠性的不断提高，热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎一：工作原理和结构1.1：热释电效应当一些晶体受热时，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。

能产生热释电效应的晶体称之为热释电体或热释电元件，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）[2]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元件组成，元件两个表面做成电极，当传感器监测范围内温度有ΔT的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱电压ΔV。

由于它的输出阻抗极高，所以传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。

热释电效应所产生的电荷ΔQ会跟空气中的离子所结合而消失，当环境温度稳定不变时，ΔT=0，传感器无输出。

当人体进入检测区时，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，则有信号输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出，所以这种传感器能检测人体或者动物的活动。

第06章 热辐射探测器件C 热释电效应 2014123 ok资料


2、热释电器件的工作原理 ①热释电器件的电流响应 A、将热电晶体放进一个电容器极板之间，晶体 被极化，设自发极化矢量为 Ps ，Ps 的方向垂直 于电容器的极板平面。接收辐射的极板和另一 极板的重迭面积为 Ad。由此引起表面上的束缚 极化电荷为: Q A d s A d P s 接收辐射时，会引起晶体的温度变化 T 从而 引起面束缚电荷的变化：
s
Ps
热释电现象是通过所谓热电材料实现的。
热电材料首先是一种电介质，是绝缘体。是一 种结晶对称性很差的晶体，因而在常态下具有 自发电极化(即固有电偶极矩)。
由电磁理论可知： 在垂直于电极化矢量Ps的材料 表面上出现面束缚电荷，面电荷密度σs＝ |PS| 。 由于晶体内部自发电极化矢量排列混乱，因而总的 Ps并不大，再加上材料表面附近分布的外部自由电 荷的中和作用，通常觉察不出有面电荷存在。
释放电荷，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。在交变辐射的作用下才会
有信号输出。
6 热释电效应的解释
温度恒定时，面束缚电荷
被来自晶体内部或外围空
气中的异性自由电荷所中
和，因此观察不到它的自
发极化现象。
外部和内部的自由电 荷中和表面束缚电荷 的时间常数为
和 分别为晶体的
电容率和电阻率。 的值一般在 1 ~ 1 0 0 0 s 之 间 ，即晶体表面上的面束缚电荷可以保持 1 ~ 1 0 0 0 s 的时间。只要使热释电晶体的温度在 束缚电荷被中和掉之前因吸收辐射而发生变化。
和之前，热电体侧面就呈现出相应于温 度变化的面电荷变化，这就是热释电
现象。
§6-3 热释电器件
一、热释电器件的基本工作原理
1、热释电效应 ①电介质的极化

第6章 太赫兹波探测器


忽略温差电动势，热电偶的热电势可表示为： 热电偶回路中产生的总热电势
E AB (T , T0 ) E AB (T ) E A (T , T0 ) EB (T , T0 ) E AB (T0 ) E AB (T ) E AB (T0 ) kT nA T kT0 nA T0 ln ln e nB T e nB T0
A
接触电势
T T0
EAB(T)
B
EAB(T0)
kT0 nA T0端接触电势 EAB (T ) e ln n B
T端接触电势
其大小可表示为：
EAB (T ) kT0 nA ln e nB
kT0 nA EAB (T ) ln e nB
式中：K—波尔兹曼常数，K＝1.38×10-23 e —电子电荷量 e = 1.6×10-19C NA、NB为A、B材料的自由电子密度。
（2）负性热敏电阻NTC：Negative Temperature Coefficient (NTC) thermistors
4.热敏电阻的工作原理
测辐射热计吸收辐射产生温升∆T，
阻值相应变化∆RT，在负载上产生的
电压变化为：
VRL RT VRL RT Vs 2 ( RT RL ) +RT ( RT RL )RT RL ( RT RL )2
T n A T nA T0 k EAB (T , T0 ) (T ln T0 ln ) ( A B )dT T0 e nB T nB T0
？
回路接触电势
回路温差电势
讨论：
T n A T nA T0 k EAB (T , T0 ) (T ln T0 ln ) ( A B )dT T0 e nB T nB T0
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VNT 4 NEP = = Ad σKT 5 ∆f RV α
(
)
1 2
热噪声
电阻的热噪声来自晶体的介电损耗和与探测器的并联电阻。 电阻的热噪声来自晶体的介电损耗和与探测器的并联电阻。 若等效电阻为Reff，则热噪声电流的方均值为
2 i R = 4 kTR∆f /Reff
二 热释电探测器的电路连接
图（a）所示的面电极结构中， 电极置于热释电晶体的前后 表面上, 其中一个电极位于 光敏面内。 这种电极结构的 电极面积较大，极间距离较 少，因而极间电容较大，故 其不适于高速应用。 图（b）所示的边电极结构中，电极所在的平面与光敏面互相垂直， 电极间距较大，电极面积较小，因此极间电容较小。由于热释电器 件的响应速度受极间电容的限制，因此，在高速运用时以极间电容 小的边电极为宜。
RV =
α ωε
0
Ad
×
γ ε rc′
2、噪声等效功率
热释电探测器的噪声主要来自于温度噪声和热噪声 温度噪声 温度噪声功率均方根值为： 温度噪声功率均方根值为：
1 2
∆ ω T = 4 KT G R ∆ f
2
(
)
1 2
= 4 KT
2
d Ad σ T dT
(
= 4 KT
4
对热电探测器的分析可分为两步：
第一步是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； 第二步是根据温升来确定具体探测器输出信号的性能。
第一步对各种热电探测器件都适用，而第二步则随 具体器件而异。首先讨论第一步的内容，第二步在 讨论各种类型的探测器时再作分析。
一、热探测器吸收光辐射引起的温度变化
∆Q = Ad ∆σ = Ad ∆Ps
改变上式，得： 改变上式，
∆ Q = A
d
∆ Ps ∆ T ∆ T
热释电探测器输出电流： 热释电探测器输出电流： i = lim∆Q = dQ = A dP dT = A γ dT s d d d
∆t→0
热释 电系 数
∆t
dt
温度的变化率为： 温度的变化率为：
dT d (∆Tω ) i (ωt +φ +π ) 2 = = ∆Tω ωe dt dt
将温度变化率和负载电阻R 代入输出电压中， 将温度变化率和负载电阻RL代入输出电压中，得：
V = γ A d ω ∆ Tω
R
(1 + ω
2
R 2C
1 2 2
)
×e
R
i ω t +φ +π
热探测器等效负载电阻为： 热探测器等效负载电阻为：
RL =
1 1 + iω C R
RL =
=
R 1 + i ω RC
R
RL模值为： 模值为：
(1 + ω
2
R 2C
1 2 2
)
热释电探测器的温度T表示为： 热释电探测器的温度T表示为：
T = T0 + ∆T = T0 + ∆T0 + ∆Tω = T0 + ∆T0 + ∆Tω e i (ωt +φ )
∆ ω T = 4 KT
(
2
GR∆f
)
1 2
= 16 A d σ KT
(
5
∆f
)
1 2
例如，在常温环境下（T=300K），对于黑体，热敏 器件的面积为100mm2, 频带宽度为1，热敏器件的最 小可探测功率为5×10-11W左右。 温度噪声所引起的比探测率为： 温度噪声所引起的比探测率为：
D
*
( Ad ∆f ) =
∆ T
∆ Tω =
0
=
α P
G
0
2 G 1 + ω 2τ H
(
α Pω
)
1 2
exp [i (ω t + φ )]
温升与辐射功率的相位差： φ = arctg ωH 温升与辐射功率的相位差： G 响应时间： 响应时间：
τ
H
=
H G
二、热探测器的极限探测率
根据斯忒番-玻耳兹曼定律， 根据斯忒番-玻耳兹曼定律，若器件的温度为T，接收面积为
(
2
)
则电压幅值为： 则电压幅值为： 由：
V = γAd ω ∆Tω
(1 + ω
2 2 H
2
R C
2
1 2 2
)
∆ Tω =
G 1+ ω τ
(
α Pω
)
1 2
得电压幅值为： 得电压幅值为：
V =
2 G 1 + ω 2τ H
(
α Pω γAd ω R
1 2
) (1 + ω τ )
1 2 2 2 E
四 热释电探测器的结构
d (∆T ) αP = H + G∆T dt
探测器吸收的辐射功率等于每秒中探测器温升所需 能量和传导损失的能量
入射到热探测器的调制光功率为
P = P0 + Pω exp (i ω t )
代入微分方程中，得： ∆T = ∆T0 + ∆Tω 代入微分方程中， 直流分量： 直流分量： 交流分量： 交流分量：
12
NEP
=
1 4 σKT
(
1 5 2
)
只与探测器的温度有关,理想热探测器的比探测 只与探测器的温度有关, 率已接近或达到一般光子探测器。 率已接近或达到一般光子探测器。
§6-2
热释电探测器
热释电器件是一种利用热释电效应制成的热探测器件。与其它 热探测器相比，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MHz，远远超过其它热探 测器的工作频率。一般热探测器的时间常数典型值在1~0.01s范围 内，而热释电器件的有效时间常数可低达10-4 ~ 3×10-5 s； ② 热释电器件的探测率高，在热探测器中只有气动探测器的D* 才比热释电器件稍高，且这一差距正在不断减小； 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，它受环境温度变化的影响更小； ⑤ 热释电器件的强度和可靠性比其它多数热探测器都要好，且 制造比较容易。
Ad，并可以将探测器近似为黑体（吸收系数与发射系数相等）， 并可以将探测器近似为黑体（吸收系数与发射系数相等），
当它与环境处于热平衡时， 当它与环境处于热平衡时，单位时间所辐射的能量为
Φe = Ad σT 4
由热导的定义
dΦe GR = = 4 Ad σT 3 dT
由噪声相关知识知，当热敏器件与环境温度处于平衡时， 由噪声相关知识知，当热敏器件与环境温度处于平衡时，在频带 宽度内,由于辐射热导决定的热起伏功率(即热躁声功率) 宽度内,由于辐射热导决定的热起伏功率(即热躁声功率)
v 单畴化后的热电体，其电极化矢量 Ps 值是温 单畴化后的热电体，
度的函数
3．热释电效应定义
某些物质（如硫酸三甘肽、铌酸锂等）吸收光 某些物质（如硫酸三甘肽、铌酸锂等） 辐射后将其转换成热能， 辐射后将其转换成热能，这个热能使晶体的温 度升高， 度升高，温度变化将引起居里温度以下的自发 极化强度的变化，从而在晶体的特定方向上引 极化强度的变化， 起表面电荷的变化，这就是热释电效应。 起表面电荷的变化，这就是热释电效应。
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 当红外辐射照射到已有自发极化强度的热释电晶体上时，引起晶 当红外辐射照射到已有自发极化强度的热释电晶体上时， 体的温度升高，而导致表面电荷减少，这相当于“释放”了一部 体的温度升高，而导致表面电荷减少，这相当于“释放” 分电荷，释放的电荷可以用放大器转变成输出电压。 分电荷，释放的电荷可以用放大器转变成输出电压。如果红外辐 射继续照射使晶体的温度升高到新的平衡值， 射继续照射使晶体的温度升高到新的平衡值，那么这时候表面电 荷也就达到新的平衡浓度，不再释放电荷， 荷也就达到新的平衡浓度，不再释放电荷，也就不再有输出信号 。 热释电探测器的电极面积为A 热释电探测器的电极面积为Ad，Ps为热释电晶体的极化矢量
第六章 热探测器
光电子技术
本章主要介绍热探测器的工作原理、 本章主要介绍热探测器的工作原理、基本特性以及 热探测器件的工作电路和典型应用。 热探测器件的工作电路和典型应用。
6.1 热辐射的一般规律 6.2 热释电探测器 6.3 热敏电阻 6.4 测辐射热电偶、热电堆 测辐射热电偶、
§6-1
热探测器的一般原理
热释电外形和内部结构如图所示。实用的热释电由敏感元件、 热释电外形和内部结构如图所示。实用的热释电由敏感元件、场效 应管、高阻电阻、滤波片等组成，并向壳内充入氮气封装起来。 应管、高阻电阻、滤波片等组成，并向壳内充入氮气封装起来。敏 感元件用红外热释电材料制成很小的薄片， 感元件用红外热释电材料制成很小的薄片，再在薄片两面镀上电极
v 光辐射 T↑ Ps ↓ σ
光辐射→ 光辐射→ T↑ → 极化强度矢量变化 → 晶体表面上出现所测量出的电荷
4．热释电材料最高工作温度 ），单畴极化强 当T ↑ ＝Tc（居里温度时），单畴极化强 v Tc（居里温度时）， 度消失 Ps ＝0 热释电现象消失 即当T Tc时 即当T＜Tc时，才有热释电现象 居里温度Tc Tc——评价热释电探测器的品质 居里温度Tc——评价热释电探测器的品质 因数，希望Tc越高越好。 Tc越高越好 因数，希望Tc越高越好。
铁电体的自发极化强度PS（单位面积上的电荷量）与温度的关系 如图所示，随着温度的升高，极化强度减低，当温度升高到一定 值，自发极化突然消失，这个温度常被称为“居里温度”或“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 关系制造的热敏探测器称为热释电器件。