熱釋電陶瓷的應(yīng)用課件

熱釋電陶瓷邱海龍熱電效應(yīng)將兩根不同的金屬導(dǎo)線分別連接起來，一端加熱，一端冷卻，那么在導(dǎo)線中將產(chǎn)生電流。當(dāng)電流流過兩根不同導(dǎo)線的兩個(gè)接頭時(shí)，則一個(gè)接頭放熱，另一個(gè)接頭吸熱。另外，在一段均勻的導(dǎo)線上，只要溫差存在，也會(huì)有電動(dòng)勢(shì)發(fā)生。這些就是金屬的熱電效應(yīng)。半導(dǎo)體受熱時(shí)，由于熱激發(fā)載流子增多，使其導(dǎo)電能力增大，電阻下降。如果兩種不同的半導(dǎo)體兩端相互連接成回路，當(dāng)回路兩端保持溫度不同，在回路中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)。這種情況稱為半導(dǎo)體的熱電效應(yīng)。熱釋電效應(yīng)當(dāng)一些晶體受熱時(shí)，在晶體兩端將會(huì)產(chǎn)生數(shù)量相等而符號(hào)相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋電效應(yīng)。

熱釋電效應(yīng)形成原理通常，晶體自發(fā)極化所產(chǎn)生的束縛電荷被來自空氣中附著在晶體表面的自由電子所中和，其自發(fā)極化電矩不能表現(xiàn)出來。當(dāng)溫度變化時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)中的正負(fù)電荷重心相對(duì)移位，自發(fā)極化發(fā)生變化，晶體表面就會(huì)產(chǎn)生電荷耗盡，電荷耗盡的狀況正比于極化程度。熱釋電陶瓷

人們發(fā)現(xiàn)某些鐵電陶瓷經(jīng)過極化以后具有很好的熱釋電特性，例如鈦酸鉛陶瓷、鋯鈦酸鉛陶瓷（ＰＺＴ）等。熱釋電陶瓷的應(yīng)用熱釋電陶瓷主要用于探測(cè)紅外輻射，遙測(cè)表面溫度和熱再生熱釋電熱機(jī)等方面。紅外輻射探測(cè)已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)和空間技術(shù)等輻射計(jì)、光譜儀、紅外激光探測(cè)、熱成像管、火山爆發(fā)預(yù)報(bào)以及地球資源的遙測(cè)等。隨著微機(jī)信息系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的應(yīng)用，熱釋電陶瓷用作治療、民用和安全防護(hù)等方面的傳感器。這種傳感器在室溫下作為無角點(diǎn)溫度傳感器向微機(jī)、控制系統(tǒng)提供信號(hào)。如用做斷路器、富溫補(bǔ)償器、建筑物和電梯中使用的進(jìn)出感應(yīng)器、火災(zāi)報(bào)警器、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)器、控測(cè)物體位置的感應(yīng)元件、控測(cè)人體溫度分布的成像元件、有關(guān)物質(zhì)的紅外線輻射計(jì)數(shù)和溫度變化測(cè)定等元件。紅外傳感器熱釋電傳感器由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個(gè)表面做成電極，當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)溫度有ΔT的變化時(shí)，熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上會(huì)產(chǎn)生電荷ΔQ，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓ΔV。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷ΔQ會(huì)跟空氣中的離子所結(jié)合而消失，當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí)，ΔT=0，傳感器無輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)時(shí)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生ΔT，則有信號(hào)輸出；若人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)后不動(dòng)，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測(cè)人體或者動(dòng)物的活動(dòng)。紅外傳感器傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋電元件PZT、場(chǎng)效應(yīng)管FET等組成。其中，濾光片設(shè)置在窗口處，組成紅外線通過的窗口。濾光片為6mm多層膜干涉濾光片，對(duì)太陽(yáng)光和熒光燈光的短波長(zhǎng)（約5mm以下）可很好濾除。熱釋電元件PZT將波長(zhǎng)在8mm~12mm之間的紅外信號(hào)的微弱變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，為了只對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅耳濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。紅外傳感器菲涅耳透鏡把紅外光線分成可見區(qū)和盲區(qū)，同時(shí)又有聚焦的作用，使熱釋電人體紅外傳感器

(PIR)

靈敏度大大增加。菲涅耳透鏡作用一是聚焦作用，將熱釋的紅外信號(hào)折射（反射）在PIR上；二是將檢測(cè)區(qū)內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入檢測(cè)區(qū)的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號(hào)，這樣PIR就能產(chǎn)生變化電信號(hào)。

熱釋電陶瓷的未來

熱電成象器件目前，熱釋電也可制成探測(cè)器陣列，已有320240像敏元的熱釋電熱成象系統(tǒng)上市，主要用于紅外攝像機(jī)。另一類熱電探測(cè)器是碲鎘汞（CMT）器件，這也是一種熱成象器件，可以單元使用，也可以線陣或面陣使用，具有極高的靈敏