热电探测器件
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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。
一、CCD工作原理及应用。
二、光电位置探测器件(FSD)的工作原理及应用。
三、红外信号的特点,产生方法,探测原理,详细说明一种任意红外信号的检测过程。
四、什么是太赫兹波,其产生方法是什么,目前国内外研究状况是什么样子,有哪些作用?五、热电探测器的典型器件以及各自的工作原理。
六、整理一种光电检测电路的实际应用方案,具体电路不限对各元件的作用进行说明,并对其工作原理及过程进行清晰阐述。
一、CCD工作原理及应用CCD(Charge-coupled Device)中文全称:电荷耦合元件。
CCD是一种半导体器件,能够把光学影像转化为数字信号。
它由一系列排得很紧密的MOS 电容器组成,突出特点是以电荷作为信号,实现电荷的存储和电荷的转移。
因此,CCD工作过程的主要问题是信号电荷的产生、存储、传输和检测。
由于CCD光敏元可做得很小(约10um),所以它的图象分辨率很高。
原理:一.CCD的MOS结构及存贮电荷原理CCD的基本单元是MOS电容器,这种电容器能存贮电荷,其结构如图1所示。
以P型硅为例,在P型硅衬底上通过氧化在表面形成SiO2层,然后在SiO2上淀积一层金属为栅极,P型硅里的多数载流子是带正电荷的空穴,少数载流子是带负电荷的电子,当金属电极上施加正电压时,其电场能够透过SiO2绝缘层对这些载流子进行排斥或吸引。
于是带正电的空穴被排斥到远离电极处,剩下的带负电的少数载流子在紧靠SiO2层形成负电荷层(耗尽层),电子一旦进入由于电场作用就不能复出,故又称为电子势阱。
当器件受到光照时(光可从各电极的缝隙间经过SiO2层射入,或经衬底的薄P型硅射入),光子的能量被半导体吸收,产生电子-空穴对,这时出现的电子被吸引存贮在势阱中,这些电子是可以传导的。
光越强,势阱中收集的电子越多,光弱则反之,这样就把光的强弱变成电荷的数量,实现了光与电的转换,而势阱中收集的电子处于存贮状态即使停止光照一定时间内也不会损失,这就实现了对光照的记忆。