第8章-紅外探測(cè)器修復(fù)的

紅外探測(cè)器定義紅外探測(cè)器是利用紅外線為介質(zhì)的測(cè)量系統(tǒng)。紅外探測(cè)器是利用紅外輻射與物質(zhì)的相互作用所引起的物理效應(yīng)來(lái)檢測(cè)紅外輻射的第8章紅外熱探測(cè)器紅外探測(cè)器輻射計(jì)搜索和跟蹤功能熱成像系統(tǒng)紅外測(cè)距和紅外通信復(fù)合系統(tǒng)根據(jù)功能分類(lèi)紅外探測(cè)器分類(lèi)紅外探測(cè)器熱電阻探測(cè)器熱電偶與熱電堆探測(cè)器熱釋電探測(cè)器工作原理紅外探測(cè)器分類(lèi)8.1熱電阻8.2熱電偶8.3熱釋電探測(cè)器紅外探測(cè)器熱電阻熱電阻探測(cè)器：利用導(dǎo)電材料的電阻隨溫度變化而變化的特性實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，按其材料（金屬或半導(dǎo)體）的性質(zhì)不同可分為：金屬熱電阻探測(cè)器~熱電阻半導(dǎo)體熱電阻探測(cè)器~熱敏電阻熱電阻半導(dǎo)體熱敏電阻VS金屬熱電阻熱敏電阻優(yōu)點(diǎn)電阻溫度系數(shù)較金屬熱電阻大電阻率大構(gòu)造簡(jiǎn)單機(jī)械性能好使用壽命長(zhǎng)熱敏電阻缺點(diǎn)復(fù)現(xiàn)性差互換性差測(cè)溫上限還不太高測(cè)輻射熱敏電阻熱敏電阻測(cè)輻射熱計(jì)是利用熱敏電阻吸收輻射能，溫度升高，電阻隨之變化而產(chǎn)生信號(hào)輸出.右圖為常用電路.輸出電壓

熱敏電阻工作電路

測(cè)輻射熱敏電阻輸出電壓與吸收光功率關(guān)系

測(cè)輻射熱敏電阻熱敏電阻使用說(shuō)明自身的發(fā)熱進(jìn)行補(bǔ)償溫度特性的非線性：根據(jù)器件手冊(cè)，建立溫度-阻值之間的查找表，利用查表的方式進(jìn)行對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算穩(wěn)定性和老化：正溫度系數(shù)熱敏電阻器和臨界溫度熱敏電阻器特性的均勻性要差于負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器測(cè)輻射熱敏電阻型號(hào)主要用途主要參數(shù)外形標(biāo)稱(chēng)阻值（kΩ，25℃）額定功率（W）時(shí)間常數(shù)（s）MF11溫度補(bǔ)償0.01～160.50≤60片狀MF13溫度、控溫0.82～3000.25≤85桿狀MF16溫度補(bǔ)償10～10000.50≤115桿狀RRC2溫度、控溫6.8~10000.40≤20桿狀RRC7B溫度、控溫3~1000.03≤0.5珠狀測(cè)輻射熱敏電阻應(yīng)用：精度要求不高、被測(cè)溫度不高的場(chǎng)合。如轉(zhuǎn)化電源，開(kāi)關(guān)電源，ups電源，各類(lèi)電加熱器，電子節(jié)能燈，電子鎮(zhèn)流器等的溫度監(jiān)控；各種電子裝置電源電路的保護(hù)以及彩色顯像管，白熾燈及其他照明燈具的燈絲保護(hù)等。測(cè)輻射熱敏電阻8.1熱電阻8.2熱電偶8.3熱釋電探測(cè)器紅外探測(cè)器熱電偶熱電偶的結(jié)構(gòu)示意圖兩種不同的導(dǎo)體A和B兩端相互緊密地連接在一起，組成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩接觸點(diǎn)溫度不等（T>T0）時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，從而形成熱電流，這一現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)，回路中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為熱電勢(shì)熱電偶熱電勢(shì)由兩部分組成：接觸電勢(shì)-溫差電勢(shì)熱電勢(shì)熱電偶-溫差電勢(shì)熱電極A和B緊密連接在一起，由于電極材料的成分不同，其電子密度也不同，于是在接觸面上便產(chǎn)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象接觸電勢(shì)源熱電偶-溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)是由于同一導(dǎo)體的兩端溫度不同，即存在著溫度梯度而產(chǎn)生的熱電勢(shì)T、T0為電極兩端的熱力學(xué)溫度；δA、δB為電極的湯姆遜系數(shù)熱電偶接觸電勢(shì)溫差電勢(shì)vs熱電偶熱電偶具有以下特性:（1）若熱電偶兩電極材料相同，

則無(wú)論兩結(jié)點(diǎn)溫度如何，總熱電勢(shì)為零；（2）若熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相同，

則盡管A、B材料不同，回路中的總電勢(shì)等于零；（3）熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)只與材料和結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)

與電極的尺寸、形狀等無(wú)關(guān)，

電極材料相同的熱電偶可以互換；（4）熱電偶A、B的結(jié)點(diǎn)溫度為T(mén)1、T3時(shí)的熱電勢(shì)

等于此熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度為T(mén)1、T2與T2、T3

兩個(gè)不同狀態(tài)下的熱電勢(shì)之和;（5）當(dāng)熱電極A、B選定后，熱電勢(shì)EAB(T,T0)

是兩結(jié)點(diǎn)溫度T和T0的函數(shù)差第三導(dǎo)體的引入在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶回路中需接入測(cè)量?jī)x表相當(dāng)于在熱電偶回路中接入第三導(dǎo)體在A、B材料組成的熱電偶回路中接入第三導(dǎo)體C第三導(dǎo)體的引入在引入的第三導(dǎo)體兩端溫度相等時(shí)，熱電偶的熱電勢(shì)不會(huì)因此而受到影響。標(biāo)準(zhǔn)熱電極法則由三種材料成分不同的熱電極A、B、C分別組成三對(duì)熱電偶回路，如圖所示，如果熱電極A和B分別與熱電極C組成的熱電偶回路所產(chǎn)生的熱電勢(shì)—溫度關(guān)系已知，則由熱電極A和B組成的熱電偶回路的熱電勢(shì)—溫度系數(shù)，可用計(jì)算法求出。標(biāo)準(zhǔn)熱電極法則熱電偶AB的熱電勢(shì)可由熱電偶AC和BC的熱電勢(shì)通過(guò)計(jì)算求得，熱電極C稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)電極，它通常用純度很高、物理化學(xué)性能非常穩(wěn)定的鉑制成，即標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電極。測(cè)輻射熱電偶輻射熱電偶的熱端接收入射輻射，在熱端裝有一塊涂黑的金箔，當(dāng)入射輻射通量Φe被金箔吸收后，金箔的溫度升高，形成熱端，產(chǎn)生溫差電勢(shì)，在回路中將有電流流過(guò)，用檢流計(jì)G可檢測(cè)出電流I，圖中J1為熱端，J2為冷端。熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償熱電偶利用導(dǎo)體結(jié)點(diǎn)間的溫差電動(dòng)勢(shì)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量，因此，冷端的溫度必須保持恒定，或者通過(guò)其它方式對(duì)其溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)溫度的準(zhǔn)確測(cè)量補(bǔ)償方法恒溫法冷端補(bǔ)償器法熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償恒溫法冷端0度恒溫?zé)犭娕祭涠藴囟日`差及其補(bǔ)償冷端補(bǔ)償器法工業(yè)上，常采用簡(jiǎn)便的冷端補(bǔ)償器法。冷端補(bǔ)償器是一個(gè)四臂電橋，其中三個(gè)橋臂電阻的溫度系數(shù)為零，另一橋臂采用銅電阻RCu（其值隨溫度變化），放置于熱電偶的冷結(jié)點(diǎn)處熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償冷端補(bǔ)償器使用注意事項(xiàng)由于電橋是在達(dá)到平衡，所以此時(shí)應(yīng)把溫度表示的零位調(diào)整到處；不同型號(hào)規(guī)格的冷端補(bǔ)償器應(yīng)與一定的熱電偶配套；采用不需要冷端補(bǔ)償?shù)臒犭娕肌犭娕嫉膽?yīng)用鎢錸系熱電偶主要應(yīng)用在超高溫的測(cè)量中鎢錸系熱電偶—200-300℃,其上限主要受絕緣材料的限制；就其電極材料本身的耐溫情況來(lái)看，其測(cè)溫上限可高達(dá)2800℃，它們適用于惰性氣體及氫氣之中，在真空中也可短期使用熱電偶的應(yīng)用鎧裝熱電偶具有良好的機(jī)械性能，抗震抗沖擊，適合各種條件下的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用，尤適于高壓容器內(nèi)的溫度測(cè)量常見(jiàn)熱電偶鎧裝8.1熱電阻8.2熱電偶8.3熱釋電探測(cè)器紅外探測(cè)器

熱釋電探測(cè)器原理極性晶體

極性晶體在外電場(chǎng)和應(yīng)力均為零的情況下，晶體內(nèi)正負(fù)電荷的中心并不重合，而是呈現(xiàn)電偶極矩，也就是說(shuō)，晶體本身具有自發(fā)的電極化。熱釋電效應(yīng)溫度產(chǎn)生變化，晶體中離子間的距離和電偶極距的角度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致自發(fā)極化強(qiáng)度和面束縛電荷產(chǎn)生變化，在垂直于極軸的兩個(gè)端面之間產(chǎn)生微小的電壓，在有外部回路時(shí)，產(chǎn)生電流，可響應(yīng)快速的溫度變化，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為熱釋電效應(yīng)。

熱釋電探測(cè)器原理熱釋電晶體的自發(fā)極化強(qiáng)度PS（單位面積上的電荷量）與溫度的關(guān)系，利用這一關(guān)系制造的熱敏探測(cè)器稱(chēng)為熱釋電器件

熱釋電探測(cè)器原理熱釋電材料的特性參數(shù)熱釋電系數(shù)：熱釋電系數(shù)是指自發(fā)極化強(qiáng)度隨溫度T的變化率介電常數(shù)：熱反映介質(zhì)極化程度，即對(duì)電荷的束縛能力的參量損耗因子

熱釋電探測(cè)器工作原理工作原理

熱釋電探測(cè)器工作原理等效電路輸出電壓的幅值

熱釋電探測(cè)器工作原理面電極：極間電容較大邊電極：高速探測(cè)

熱釋電探測(cè)器工作原理

熱釋電器件的性能熱釋電器件的性能響應(yīng)度噪聲熱噪聲溫度噪聲放大器噪聲響應(yīng)時(shí)間

熱釋電器件的性能響應(yīng)度熱噪聲：晶體的介電損耗和與探測(cè)器的并聯(lián)電阻熱噪聲電壓隨調(diào)制頻率的升高而下降，將調(diào)制頻率適當(dāng)提高，在不影響響應(yīng)度的情況下，是有助于提高信噪比的

熱釋電器件的性能溫度噪聲：溫度噪聲來(lái)自熱釋電器件的光敏面與外界輻射交換能量的隨機(jī)性，是一種散粒噪聲，屬于白噪聲

熱釋電器件的性能放大器噪聲：放大器噪聲來(lái)自放大器中的有源元件和無(wú)源器件，及信號(hào)源的阻抗和放大器輸入阻抗之間噪聲的匹配等方面

熱釋電器件的性能響應(yīng)時(shí)間：熱釋電探測(cè)器對(duì)低重復(fù)頻率的高速突變輻射信號(hào)有較快速的響應(yīng)，如可對(duì)激光脈沖作出響應(yīng)，但是對(duì)周期性較高頻率（MHz以上）信號(hào)，由于介電常數(shù)的影響，不能很好的響應(yīng)。

熱釋電器件的性能

常見(jiàn)熱釋電探測(cè)器種類(lèi)熱釋電器件優(yōu)點(diǎn)具有較寬的頻率響應(yīng)，工作頻率接近兆赫茲，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其它熱探測(cè)器的工作頻率熱釋電器件的探測(cè)率高熱釋電器件可以有大面積均勻的敏感面，而且工作時(shí)可以不外加接偏置電壓受環(huán)境溫度變化的影響更小強(qiáng)度和可靠性好硫酸三甘肽（TGS）晶體熱釋電器件

熱釋電系數(shù)較大，介電常數(shù)較小，探測(cè)率D*值較高，在較寬的頻率范圍內(nèi)，靈敏度較高可在室溫下工作，具有光譜響應(yīng)寬、靈敏度高，是一種性能優(yōu)良的紅外探測(cè)器，廣泛應(yīng)用紅外光譜領(lǐng)域

常見(jiàn)熱釋電探測(cè)器種類(lèi)摻丙乙酸的TGS（LATGS）

鎖定極化特點(diǎn)，即溫度由居里溫度以上降到室溫，仍無(wú)退極化現(xiàn)象。摻雜后TGS晶體的介電損耗減小，介電常數(shù)下降，前者降低了噪聲，后者改進(jìn)了高頻特性。

常見(jiàn)熱釋電探測(cè)器種類(lèi)鈮酸鍶鋇(SBN)熱釋電器件鋇含量的提高而使居里溫度相應(yīng)提高，在大氣條件下性能穩(wěn)定，無(wú)需窗口材料，電阻率高，熱釋電系數(shù)大，機(jī)械強(qiáng)度高，在紅外波段吸收率高，可不必涂黑，可用于快速光輻射的探測(cè)。在鋇含量x<0.4時(shí)，如不加偏壓，在室溫下就趨于退極化；而當(dāng)x>0.6時(shí)，晶體在生長(zhǎng)過(guò)程會(huì)開(kāi)裂

常見(jiàn)熱釋電探測(cè)器種類(lèi)鉭酸鋰（LiTaO3）

在室溫下它的響應(yīng)約為T(mén)GS的一半，但在低于零度或高于45℃時(shí)都比TGS好。居里溫度高，室溫下的響應(yīng)率幾乎不隨溫度變化，可在很高的環(huán)境溫度下工作，且能夠承受較高的輻射能量，不退極化，它的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不需要保護(hù)窗口；機(jī)械強(qiáng)度高，響應(yīng)快，適于探測(cè)高速光脈沖。

常見(jiàn)熱釋電探測(cè)器種類(lèi)壓電陶瓷熱釋電器件

壓電陶瓷器件的特點(diǎn)是熱釋電系數(shù)較大，介電常數(shù)也較大，二者的比值并不高。其機(jī)械強(qiáng)度高、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、電阻率可以控制，能承受的輻射功率超過(guò)LiTaO3熱釋電器件，居里溫度高，不易退極化，這種熱釋電器件容易制造，成本低廉

常見(jiàn)熱釋電探測(cè)器種類(lèi)聚合物熱釋電器件有機(jī)聚合物熱釋電材料的導(dǎo)熱小，介電常數(shù)也小；易于加工成任意形狀的薄膜；其物理化學(xué)性能穩(wěn)定，造價(jià)低廉；雖然熱釋電系數(shù)不大，但介電系數(shù)也小，所以兩者比值并不小。

常見(jiàn)熱釋電探測(cè)器種類(lèi)

熱釋電探測(cè)器的結(jié)構(gòu)熱釋電探測(cè)器的結(jié)構(gòu)

典型的熱釋電探測(cè)