《z光熱探測(cè)器》PPT課件.ppt

4.8 光熱探測(cè)器,1 熱敏電阻 熱敏電阻由Mn、Ni、Co、Cu氧化物，或Ge、Si、InSb等半導(dǎo)體材料做成的電阻器，其阻值隨溫度而變化。 電阻隨溫度變化的規(guī)律：,熱敏電阻的溫度系數(shù),正溫度系數(shù) 負(fù)溫度系數(shù),熱電傳感器是基于某些物理效應(yīng)將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電量變化的一種檢測(cè)裝置參數(shù)。常見的熱電傳感器有熱電偶和熱電阻兩大類型。,二、熱電偶 1熱電效應(yīng),圖 兩種不同材料組成的熱電偶,(1)接觸電勢(shì) 據(jù)珀?duì)柼?yīng)，在接觸面(接點(diǎn))的溫度為T和T0時(shí)，其接觸電勢(shì)的表達(dá)式為,在熱電偶回路中，總接觸電勢(shì)為,(2)溫差電勢(shì)(湯姆遜效應(yīng)) 溫差電勢(shì)是由子熱電極的兩端溫度不同，即存在著溫度梯度而產(chǎn)生的電勢(shì)。,電子由溫度高的T端向溫度低的T0端擴(kuò)散，使得T端失去一些電子而帶正電荷， T0得到一些電子而帶負(fù)電荷，兩端便有一定的電位差:,在熱電偶回路中，總的溫差電勢(shì)為,(3)熱電偶的總熱電勢(shì),2熱敏電阻 (1)熱敏電組的特點(diǎn) 熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的熱敏器件。按物理特性，可分為三類： (a)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)； (b)正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)； (c)臨界溫度系數(shù)熱敏電阻(CTR)。,熱敏電阻優(yōu)點(diǎn)： (a)電阻溫度系數(shù)較金金屬熱電阻大，其絕對(duì)值大49倍 (b)電阻率大，故可制成極小尺寸的感溫元件。適用于快速測(cè)量 (c)構(gòu)造簡(jiǎn)單，可以根據(jù)不同要求制成各種適用的形狀 (d)機(jī)械性能好，使用壽命長(zhǎng)。,熱敏電阻的缺點(diǎn) 復(fù)現(xiàn)性和互換性差。與顯示儀表配套成測(cè)溫儀表時(shí)幾乎全要單獨(dú)標(biāo)定刻度。目前使用的熱敏電阻其測(cè)溫上限還不太高，約在300以下。,熱敏電阻可以根據(jù)使用要求不同做成各種形狀。一般是將各種氧化物按一定比例混合起來進(jìn)行壓制成型，然后加熱到一定溫度后，結(jié)成堅(jiān)固的整體。 熱敏電阻可制成珠形、桿形、圓形、墊圖形和薄片形等多種型式。,2 熱釋電探測(cè)器 利用熱釋電效應(yīng)制成的探測(cè)器稱為熱釋電探測(cè)器。 常用熱釋電材料： 硫酸三月甘肽（TGS）、鈮酸鍶鋇（SBN）、鉭酸鋰（LT）、鈦酸鉛陶瓷（PT）、鈦酸鋯酸鉛陶瓷（PZT）等。 熱釋電探測(cè)器是一種利用熱釋電效應(yīng)制成的新型熱探測(cè)器。廣泛應(yīng)用于熱輻射和從可見光到紅外波段激光的探測(cè)，而且在亞毫米波段更受重視，這是因?yàn)槠渌阅茌^好的亞毫米波段的探測(cè)器都要在液氦溫度下才能工作。,(a)熱釋電效應(yīng) 在晶體中有一種晶體為熱電晶體。這種晶體具有自發(fā)極化的特性。所謂自發(fā)極化就是在自然條件下晶體的某些分子正負(fù)電荷中心不重合，形成一個(gè)固有的偶極矩，在垂直極軸的兩個(gè)端面上就會(huì)造成大小相等、符號(hào)相反的面束縛電荷。,在溫度變化時(shí)。晶體中離子間的距離和鏈角發(fā)生變比，從而使偶極矩發(fā)生變化，也就是自發(fā)極化強(qiáng)度和面束縛電荷發(fā)生變化，在垂直于極軸的兩個(gè)端面之間出現(xiàn)極小的電壓變化，即產(chǎn)生了熱釋電效應(yīng)。,熱電鐵電體不但在某一溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極性特性，而且自發(fā)極化方向可用外電場(chǎng)來改變。 這種材料有硫酸三甘肽、鈮酸鍶鋇、鈦酸鋇等。,4熱電材料的特性參數(shù) (1)熱電系數(shù) 熱電系數(shù)是指自發(fā)極化強(qiáng)度隨溫度T的變化率，即,(2)介電常數(shù) 熱電晶體的介電常數(shù)是反映介質(zhì)極化行為的一個(gè)宏觀物理量。熱電晶體中的介電常數(shù)隨晶軸方向、電場(chǎng)和溫度而變化，對(duì)于單晶材料還與極軸有關(guān)，因此介電常數(shù)通常指常溫、弱電場(chǎng)強(qiáng)度情況下極軸方向的介電常數(shù)。介電常數(shù)大，電時(shí)間常數(shù)也大，影響器件的中高頻性能。,5熱釋電探測(cè)器等效電路與特性 (1)等效電路,兩端的等效電流源為（A0為端面的面積） 輸出電壓v。為,(2)熱釋電器件的性能 響應(yīng)度。,噪聲。 器件的噪聲來源于兩部分。 一部分是輻射場(chǎng)的起伏引起的器件溫度隨機(jī)起伏而出現(xiàn)的噪聲。屬于白噪聲。另一部分是由等效電路中的電阻所產(chǎn)生的熱噪聲。通常將熱釋電探測(cè)器和放大器組裝在一起，所以實(shí)際的輸出噪聲中包含放大器噪聲。,響應(yīng)時(shí)間和探測(cè)度。熱釋電探測(cè)器對(duì)高速突變的輻射有較快速的響應(yīng)，如對(duì)激光脈沖作出響應(yīng)，但是對(duì)周期性調(diào)制頻率信號(hào)仍不能有足夠高的響應(yīng)。,(3)熱釋電探測(cè)器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用,熱釋電探測(cè)器不僅保持了熱探測(cè)器的共同優(yōu)點(diǎn)，即室溫寬波段工作、而且在很寬的頻率和溫度范圍內(nèi)具有較高的探測(cè)率、能承受較大的輻射功率并具有較小的時(shí)間常數(shù)等特點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng)用。,例如，利用熱釋電探測(cè)器探測(cè)目標(biāo)本身的熱輻射強(qiáng)度，就可得到室溫物體本身的熱輻射圖像，這就是通常所說的熱成像。這種熱成像系統(tǒng)不易被干擾，可對(duì)目標(biāo)與背景的溫度差進(jìn)行探測(cè)，因此，容易發(fā)現(xiàn)隱蔽物體，并能在有煙和霧的條件下工作。,用熱釋電靶代替光電導(dǎo)靶的熱釋電攝像器件，既可在紅外波段工作，又無需機(jī)械掃描裝置，并兼有室溫工作的優(yōu)點(diǎn)。用這種器件制成的熱釋電攝像機(jī)可用于空中與地面?zhèn)刹?、入侵?bào)警、戰(zhàn)地觀察、火情觀測(cè)、醫(yī)用熱成像、環(huán)境污染監(jiān)視以及其他領(lǐng)域。,在空間技術(shù)中，熱釋電