热释电效应的原理与进展 ppt课件

热释电效应原理简述热释电红外传感器通过目标与背景的温差来探测目标，其工作原理是利用热释电效应，即在钛酸钡一类晶体的上、下表面设置电极，在上表面覆以黑色膜，若有红外线间歇地照射，其表面温度上升△T，其晶体内部的原子排列将产生变化，引起自发极化电荷，在上下电极之间产生电压△U。

常用的热释电红外线光敏元件的材料有陶瓷氧化物和压电晶体，如钛酸钡、钽酸锂、硫酸三甘肽及钛铅酸铅等。

实质上热释电传感器是对温度敏感的传感器。

它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极。

在环境温度有ΔT的变化时，由于有热释电效应，在两个电极上会产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱的电压ΔV。

由于它的输出阻抗极高，在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会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，ΔT=0，则传感器无输出。

当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，则有ΔT输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。

所以这种传感器也称为人体运动传感器。

由实验证明，传感器不加光学透镜(也称菲涅尔透镜)，其检测距离小于2m，而加上光学透镜后，其检测距离可增加到10m左右。

热释电红外感应传感器内部电路及工作原理热释电红外传感器内部由光学滤镜、场效应管、红外感应源(热释电元件)、偏置电阻、EMI电容等元器件组成，其内部电路如图1所示。

光学滤镜的主要作用是只允许波长在10μm左右的红外线(人体发出的红外线波长)通过，而将灯光、太阳光及其他辐射滤掉，以抑制外界的干扰。

红外感应源通常由两个串联或者并联的热释电元件组成，这两个热释电元件的电极相反，环境背景辐射对两个热释电元件几乎具有相同的作用，使其产生的热释电效应相互抵消，输出信号接近为零。

一旦有人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接收，由于角度不同，两片热释电元件接收到的热量不同，热释电能量也不同，不能完全抵消，经处理电路处理后输出控制信号。

热释电红外原理热释电红外原理是指通过材料的温度改变引起物质内部电荷的移动而产生的红外辐射。

它是一种基于材料热响应性质的红外探测技术，利用热释电效应来探测热辐射，并将其转换为电信号，以实现红外图像的获取和目标检测。

热释电效应指的是当物质受到辐射或者温度变化时，内部原子以更高频率振动产生热能。

这种振动引起了物质内部电荷的移动，从而形成了电流。

在材料的晶体结构中，由于晶体的偶极矩的存在，当温度改变时，晶体内的正负电荷分布也会发生变化。

由于偶极矩的改变，会引起材料表面或界面的电势变化，进一步形成电流。

这种电流被称为热释电电流。

热释电红外探测器通常使用的是热释电材料，如锂钽酸锂（LiTaO3）、锂铌酸锂（LiNbO3）、焦亥石（PZT）等。

这些材料具有良好的热释电特性，能够有效转换红外辐射为电信号。

热释电红外探测器的工作原理可以简单地分为三个步骤：感应、传导和放大。

首先，当有热辐射进入探测器时，热辐射会使得热释电材料发生温度变化。

这种温度变化会引起材料内部原子的振动和电荷分布的变化。

其次，热释电效应使得材料表面的电位发生变化。

当有红外辐射进入探测器时，探测器的电极会受到改变的电位作用，从而形成热释电电流。

这个电流信号可以被测量和记录。

最后，为了增强热释电电流信号的检测和处理，通常使用电路和放大器来放大和处理电流信号。

这个过程通常包括滤波、放大和去背景噪声等步骤，以获得更准确的红外信号。

总结起来，热释电红外原理是通过材料的温度变化引起物质内部电荷的移动而产生的红外辐射。

通过利用热释电效应，并采用相应的电路和放大器，可以将热辐射转换为电信号，实现红外图像的获取和目标检测。

这种探测技术在军事、安防、消防等领域具有广泛的应用和发展前景。

热释电效应Pyroelectric Effect 热释电效应；表征和测量；微观机制；相变和应用。

电介质材料之间的关系电介质材料压电材料热释电材料铁电材料压电陶瓷材料约在公元前300年人们就发现了热释电效应。

不过热释电的现代名称pyroelectricity是1824年才由布鲁斯特引入的。

热释电效应很早就被发现的原因是他们很容易显示出来。

关于热释电效应的最早的记录就是电气石吸引轻小物体。

早期主要是对现象的描述，从19世纪末开始，随着近代物理的发展，关于热释电效应的定量和理论的研究日益发展。

在二十世纪六十年代以来，激光和红外技术的发展极大的促进了热释电效应及其应用的研究，丰富和发展了热释电理论，发现和改变了一些重要的热释电材料，研制了性能优良的热释电探测器和热释电摄像管等热释电器件。

热释电效应及其应用已经成为凝聚态物理和技术中活跃的研究领域之一。

这里主要介绍两部分内容。

一是热释电效应的表征和热释电性的测量方法；二是热释电效应的微观机制，热释电效应与相变的关系及热释电材料应用的一些问题。

热释电效应热释电效应指的是极化强度随温度改变而表现出的电荷释放现象，宏观上是温度的改变是在材料的两端出现电压或产生电流。

考虑一个单畴化的铁电体，其中极化强度的排列使靠近极化矢量两端的表面附近出现束缚电荷。

在热平衡状态下，这些束缚电荷被等量反号的自由电荷所屏蔽，所以铁电体对外界并不显示电的作用。

当温度改变时，极化强度发生变化，原先的自由电荷不能再完全屏蔽束缚电荷，于是表面出现自由电荷，他们在附近空间形成电场，对带电微粒有吸引或者排斥作用。

通过与外电路连接，则可在电路中观测到电流。

升温和降温两种情况下电流的方向相反，与铁电体中的压电效应相似，热释电效应中电荷或电流的出现是由于极化改变后对自由电荷的吸引能力发生变化，使在相应表面上自由电荷增加或减少。

与压电效应不同的是，热释电效应中极化的改变由温度变化引起，压电效应中极化的改变则是由应力造成的。

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。