光熱輻射檢測(cè)器件

3.2.6光熱輻射檢測(cè)器件光熱輻射檢測(cè)器是一類基于光輻射與物質(zhì)相互作用的熱效應(yīng)制成的器件。特點(diǎn)：光譜響應(yīng)范圍寬（紫外～毫米量級(jí)），響應(yīng)度高，無(wú)需制冷，但響應(yīng)速度較低。輻射能電能熱能信號(hào)輸出：3.2.6光熱輻射檢測(cè)器件光熱輻射檢測(cè)器是一11.熱敏電阻熱敏電阻：吸收入射輻射后引起溫升而使電阻改變，導(dǎo)致負(fù)載電阻兩端電壓的變化，并給出電信號(hào)的器件。特點(diǎn)：①熱敏電阻的溫度系數(shù)大，靈敏度高，熱敏電阻的溫度系數(shù)常比一般金屬電阻大10～100倍，且為負(fù)溫度系數(shù)。②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，可以測(cè)量近似幾何點(diǎn)的溫度。③電阻率高，熱慣性小，適宜做動(dòng)態(tài)測(cè)量。④阻值與溫度的變化關(guān)系呈非線性。⑤不足：穩(wěn)定性和互換性較差。1.熱敏電阻熱敏電阻：吸收入射輻射后引起溫升而使電阻改變2熱敏電阻的原理：半導(dǎo)體光本征吸收，雜質(zhì)吸收光生載流子晶格吸收和自由電子吸收等晶格振動(dòng)加劇熱能器件溫度上升，電阻值變化熱敏電阻的原理：半導(dǎo)體光本征吸收，雜質(zhì)吸收光生載流子晶格吸3金屬：能帶結(jié)構(gòu)外層無(wú)禁帶，自由電子密度很大，以致外界光作用引起的自由電子密度相對(duì)變化較半導(dǎo)體而言可忽略不計(jì)。熱敏電阻的溫度系數(shù)金屬光晶格振動(dòng)加劇妨礙自由電子定向運(yùn)動(dòng)電阻值略有增加由金屬材料組成的熱敏電阻具有正溫度系數(shù)，而由半導(dǎo)體材料組成的熱敏電阻具有負(fù)溫度特性。半導(dǎo)體材料熱敏電阻的溫度系數(shù)大約為-3%~-6%，約為白金的10倍以上。所以熱敏電阻探測(cè)器常用半導(dǎo)體材料制作而很少采用貴重的金屬。金屬：能帶結(jié)構(gòu)外層無(wú)禁帶，自由電子密度很大，以致外界光作用引4熱敏電阻的結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)：熱敏材料制成的厚度為0.01mm左右的薄片電阻粘合在導(dǎo)熱能力高的絕緣襯底上，電阻體兩端蒸發(fā)金屬電極，再把襯底同一個(gè)熱容很大、導(dǎo)熱性能良好的金屬相連構(gòu)成熱敏電阻。熱敏電阻的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：熱敏材料制成的厚度為0.01mm左右的52.熱電偶探測(cè)器P型半導(dǎo)體的冷端帶正電，N型半導(dǎo)體的冷端帶負(fù)電。開(kāi)路電壓UOC與入射輻射使金箔產(chǎn)生的溫升ΔT的關(guān)系為

UOC=M12ΔT

式中，M12為塞貝克常數(shù)，又稱溫差電勢(shì)率（V/℃）。（1）熱電偶的工作原理

半導(dǎo)體輻射熱電偶：用涂黑的金箔將N型半導(dǎo)體材料和P型半導(dǎo)體材料連在一起構(gòu)成熱結(jié)，另一端（冷端）將產(chǎn)生溫差電勢(shì)。輻射熱電偶：測(cè)量輻射能的熱電偶。2.熱電偶探測(cè)器P型半導(dǎo)體的冷端帶正電，N型半導(dǎo)體的冷端帶6（2）熱電堆工作原理為了減小熱電偶的響應(yīng)時(shí)間，提高靈敏度，常把輻射接收面分為若干塊，每塊都接一個(gè)熱電偶，串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成熱電堆。2通道熱電堆檢測(cè)器4通道熱電堆檢測(cè)器（2）熱電堆工作原理為了減小熱電偶的響應(yīng)時(shí)間73.熱釋電器件利用熱釋電效應(yīng)(1)熱釋電器件的特點(diǎn)

與其它熱檢測(cè)器相比，熱釋電器件具有以下優(yōu)點(diǎn)：①具有較寬的頻率響應(yīng)（工作頻率接近兆赫茲），較低的時(shí)間常數(shù)（10-4~3×10-5s）；②熱釋電器件的檢測(cè)率高；③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；④與熱敏電阻相比，受環(huán)境溫度變化的影響更??；⑤熱釋電器件的強(qiáng)度和可靠更好，且制造比較容易。在熱檢測(cè)器中最受重視的是熱釋電檢測(cè)器。3.熱釋電器件利用熱釋電效應(yīng)(1)熱釋電器件的特點(diǎn)8(2)熱釋電器件的基本工作原理當(dāng)溫度升高到一定值，鐵電體的自發(fā)極化突然消失——居里點(diǎn)鐵電體——在外加電場(chǎng)除去后仍保持著極化狀態(tài)（自發(fā)極化）。(2)熱釋電器件的基本工作原理當(dāng)溫度升高到一定值，鐵電體9在居里點(diǎn)以下，極化強(qiáng)度PS是溫度T的函數(shù)。利用這一關(guān)系制造的熱敏檢測(cè)器稱為熱釋電器件。在恒定輻射作用的情況下輸出的信號(hào)電壓為零，只有在交變輻射的作用下才會(huì)有信號(hào)輸出。在居里點(diǎn)以下，極化強(qiáng)度PS是溫度T的函數(shù)。利103.2.7光電檢測(cè)器件的性能比較光電檢測(cè)器件的物理基礎(chǔ)：光電效應(yīng)，光熱效應(yīng)外光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)光生伏特效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)光敏電阻光電池光電耦合器件光電二極管光電三極管發(fā)光器件PSD輻射熱計(jì)效應(yīng)溫差電效應(yīng)熱釋電效應(yīng)熱敏電阻熱電偶，熱電堆熱釋電器件光電效應(yīng)光熱效應(yīng)3.2.7光電檢測(cè)器件的性能比較光電檢測(cè)器件的物理基礎(chǔ)：光11光敏電阻光敏電阻的符號(hào)照射光度量改變光敏電阻阻值變化Ip變化光電導(dǎo)：光電流：光敏電阻光敏電阻的符號(hào)照射光度量改變光敏電阻阻值變化Ip變12光電池光電池符號(hào)工作原理圖短路電流:開(kāi)路電壓:ISC/mA02004002004004080100VOC/VULPLILRMRL/Ω輸出特性：光電池光電池符號(hào)工作原理圖短路電流:開(kāi)路電壓:ISC/mA013電路符號(hào)：ce光電二極管光電三極管電路符號(hào)：ce光電二極管光電三極管14發(fā)光二極管發(fā)光效率：能量效率電流效率量子效率發(fā)光二極管發(fā)光效率：15激光器組成：工作物質(zhì)、諧振腔、泵浦源粒子數(shù)反轉(zhuǎn)高能態(tài)粒子躍遷輻射輻射波諧振，輻射放大輸出激光激光器組成：工作物質(zhì)、諧振腔、泵浦源粒子數(shù)反轉(zhuǎn)高能態(tài)粒子躍遷16光電耦合器件光電耦合器件發(fā)光器件：LED、半導(dǎo)體激光器、微形鎢絲燈等接收器件：光電二極管、光電三極管、光電池、光敏電阻等電、磁絕緣，光信息相連AKCE電路符號(hào)：主要特性：隔離特性與傳輸特性（電流傳輸比β）光電耦合器件光電耦合器件發(fā)光器件：LED、半導(dǎo)體激光器、接收17光電位置敏感器件PSD光電位置敏感器件PSD18各種光電檢測(cè)器件的性能比較：動(dòng)態(tài)特性好：光電倍增管，光電二極管線性好：光電倍增管，光電二極管，光電池靈敏度好：光電倍增管，光敏電阻，光電三極管輸出電流大：光敏電阻，光電三極管，大面積光電池外加電