第三章光輻射探測(cè)器

1、廈門理工學(xué)院廈門理工學(xué)院 第三章第三章 光輻射探測(cè)器光輻射探測(cè)器 輻射度輻射度 光度與色度及其測(cè)量光度與色度及其測(cè)量 本章內(nèi)容本章內(nèi)容 光輻射探測(cè)器的性能參數(shù) 光電探測(cè)器 熱探測(cè)器 光輻射量的測(cè)量通常采用各種探測(cè)光輻射量的測(cè)量通常采用各種探測(cè) 器把光輻射能變換成一種可測(cè)的量，器把光輻射能變換成一種可測(cè)的量， 因而光輻射探測(cè)器是光輻射量測(cè)量因而光輻射探測(cè)器是光輻射量測(cè)量 系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，其性能往系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，其性能往 往直接影響到光輻射度量測(cè)量的可往直接影響到光輻射度量測(cè)量的可 行性及精確性行性及精確性 客觀探測(cè)器客觀探測(cè)器主觀探測(cè)器主觀探測(cè)器 人眼人眼 探測(cè)器的分類探測(cè)器的分類

2、隨著光學(xué)和光電技術(shù)的展以及對(duì)光輻射探隨著光學(xué)和光電技術(shù)的展以及對(duì)光輻射探 測(cè)與精確定量、高靈敏度測(cè)量的需要，光測(cè)與精確定量、高靈敏度測(cè)量的需要，光 輻射探測(cè)器的品種和數(shù)量發(fā)展，可對(duì)光輻輻射探測(cè)器的品種和數(shù)量發(fā)展，可對(duì)光輻 射客觀物理量進(jìn)行精確的定量測(cè)量射客觀物理量進(jìn)行精確的定量測(cè)量 光譜響應(yīng)范圍寬 響應(yīng)速度快 響應(yīng)度高 這些優(yōu)點(diǎn)使光 輻射量的探測(cè) 和測(cè)量能力大 大地提高 廣義地講，只要能提示光輻射存在，并可確廣義地講，只要能提示光輻射存在，并可確 定其大小都應(yīng)包含的光輻射探測(cè)器的范疇內(nèi)。定其大小都應(yīng)包含的光輻射探測(cè)器的范疇內(nèi)。 光電探測(cè)器利用光電效應(yīng)，把入射到物體表光電探測(cè)器利用光電效應(yīng)，把入

3、射到物體表 面的輻射能變換成可測(cè)量的電量：面的輻射能變換成可測(cè)量的電量： （1） 外光電效應(yīng) 基于外光電效應(yīng) 的光電探測(cè)器有 真空光電管、充 電光電管、光電 倍增管、像增強(qiáng) 器等。 （3） 光電導(dǎo)效應(yīng) 這類光電探測(cè)器 有各種半導(dǎo)體材 料制成的光敏電 阻等。 （2） 光伏效應(yīng) 基于這類效應(yīng)的 探測(cè)器有以硒、 硅、鍺、砷化鎵 等材料做成的光 電池、光電二極 管、光電三極管 等。 熱探測(cè)器利用熱電效能熱探測(cè)器利用熱電效能 通過(guò)這些探測(cè)通過(guò)這些探測(cè) 器參量的變化器參量的變化 溫度的變化使探測(cè)溫度的變化使探測(cè) 器的電阻值發(fā)生變器的電阻值發(fā)生變 化，或表面電荷發(fā)化，或表面電荷發(fā) 生變化，或產(chǎn)生電生變化，或

4、產(chǎn)生電 動(dòng)勢(shì)等動(dòng)勢(shì)等 探測(cè)器接收探測(cè)器接收 光輻射能光輻射能 引起物體自引起物體自 身溫度升高身溫度升高 反映入射反映入射 光輻射量光輻射量 光輻射探測(cè)器 光電探測(cè)器熱探測(cè)器氣動(dòng)光導(dǎo)探測(cè)器 外光電效應(yīng)內(nèi)光電響應(yīng) 無(wú)放大作用 有放大作用 真空光電管 充氣光電管 光電倍增管 充氣光電管 光伏型 光導(dǎo)型 無(wú)放大作用 光電池 光電二極管 雙光電二極管 有放大作用 光電三極管 光電場(chǎng)效應(yīng)管 光電開(kāi)關(guān)管 光電雪崩二級(jí)管 本征光導(dǎo)探測(cè)器 雜質(zhì)光導(dǎo)探測(cè)器 光敏電阻 光導(dǎo)探測(cè)器 高萊探測(cè)器 N型/P型光導(dǎo)探測(cè)器 常常 見(jiàn)見(jiàn) 光光 輻輻 射射 探探 測(cè)測(cè) 器器 的的 分分 類類 3.1 光輻射探測(cè)器的性能參數(shù)光輻

5、射探測(cè)器的性能參數(shù) 對(duì)于光輻射探測(cè)器的應(yīng)用，較關(guān)注的性能是： 探測(cè)器的響應(yīng)度大?。ㄌ綔y(cè)器的輸出信號(hào) 值定量地表示多大的光輻射度量） （1） 與噪聲相當(dāng)?shù)妮椛涔β蚀笮。▽?duì)某種探測(cè)器，需要多 大的輻射度量才能使探測(cè)器產(chǎn)生可區(qū)別于噪聲的信號(hào)量） （2） 探測(cè)器的光譜響應(yīng)范圍，響應(yīng)速度，線性動(dòng)態(tài)范圍等。（3） 3.1.1 響應(yīng)度響應(yīng)度 定義：?jiǎn)挝惠椛涠攘慨a(chǎn)生的電信號(hào)量，記作定義：?jiǎn)挝惠椛涠攘慨a(chǎn)生的電信號(hào)量，記作R R， 電信號(hào)可以是電流，稱為電流響應(yīng)度；也可以電信號(hào)可以是電流，稱為電流響應(yīng)度；也可以 是電壓，稱為電壓響應(yīng)度。是電壓，稱為電壓響應(yīng)度。 對(duì)輻射通量的 電流響應(yīng)度 對(duì)輻照度的 電流響應(yīng)度 對(duì)

6、輻亮度的 電流響應(yīng)度 )/( ,/RWAI )/( ,/R 2 E mWAEI )/( ,/ 2 srmWALIRL 探測(cè)器的響應(yīng)度描述光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)探測(cè)器的響應(yīng)度描述光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 大小的能力。大小的能力。 輻射度量測(cè)量中，測(cè)不同的輻射度量，應(yīng)當(dāng)用不 同的響應(yīng)度。 )( )( )(, )( )( )(, )( )( )(R L I R E I R I LE 探測(cè)器的響應(yīng)度一般是波長(zhǎng)的函數(shù)。與上面定義的積分 響應(yīng)度對(duì)應(yīng)的光譜響應(yīng)度為（3-1) 積分響應(yīng)度和光譜響應(yīng)度的關(guān)系為(3-2) dL dLR R dE dER R d dR IL L E E )( )()( , )( )()( ,

7、 )( )()( R 注意注意 積分響應(yīng)度不僅與探測(cè)器的光 譜響應(yīng)度有關(guān)，也與入射輻射 的光譜特性有關(guān)，因而，說(shuō)明 積分響應(yīng)度時(shí)通常要求指出測(cè) 量所用的光源特性。 光電探測(cè)器響應(yīng)度可簡(jiǎn)單地推導(dǎo)如下光電探測(cè)器響應(yīng)度可簡(jiǎn)單地推導(dǎo)如下 由普朗克量子理論可智，單個(gè)光子的入射能量為 hv，則單位時(shí)間內(nèi)入射到探測(cè)器表面的光子數(shù)為 探測(cè)器的量子效率為（3-3） hchv )()( hchv )()( ）（ ）（ 輸出信號(hào)電子數(shù) 探測(cè)器接收的光子數(shù) ）（）（ i -1 = 單位時(shí)間內(nèi)探測(cè)器的輸出信號(hào)電子數(shù)為（單位時(shí)間內(nèi)探測(cè)器的輸出信號(hào)電子數(shù)為（3-4） 探測(cè)器的輻射通量光譜電流響應(yīng)度為（3-5） hc i )

8、( )()(1 )(Q hc i )( )()(1 )(Q )/( 8 .1239 )()( )( )( )(WA hc qI R 對(duì)于光電探測(cè)器，最大響應(yīng)波長(zhǎng)為（對(duì)于光電探測(cè)器，最大響應(yīng)波長(zhǎng)為（3-6） 內(nèi)光電效應(yīng) 外光電效應(yīng) )/(24. 1 /24. 1 max Ag g EE E )/(24. 1 /24. 1 max Ag g EE E )/(24. 1 /24. 1 max Ag g EE E 3.1.2 噪聲及其評(píng)價(jià)參數(shù)噪聲及其評(píng)價(jià)參數(shù) 1 噪聲噪聲 2 噪聲等效噪聲等效 功率功率NEP 1、噪聲、噪聲 在系統(tǒng)中任何虛假的或不需要的信號(hào) 統(tǒng)稱為噪聲。 研究噪聲的目的是探討系統(tǒng)探測(cè)

9、信息 的極限以及在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中如何抑制噪 聲以提高探測(cè)本領(lǐng)。 系統(tǒng)內(nèi)部噪系統(tǒng)內(nèi)部噪 聲：聲： 人為噪聲人為噪聲 固有噪聲固有噪聲 來(lái)自外部的來(lái)自外部的 噪聲：噪聲： 人為干擾人為干擾 自然干擾自然干擾 系統(tǒng)的噪聲系統(tǒng)的噪聲 分析噪聲源的性質(zhì)分析噪聲源的性質(zhì) （1）散粒噪聲 （2）產(chǎn)生-復(fù)合（G-R）噪聲 （3）熱噪聲或Johnson噪聲 （4）1/f 噪聲 （5）溫度噪聲 3.1.2 （1）散粒噪聲 由于光子流以間斷入射的形式投射到探測(cè)器表面， 以及探測(cè)器內(nèi)部光子轉(zhuǎn)換成電子動(dòng)能而產(chǎn)生的電 子流具有統(tǒng)計(jì)漲落的特征，形成散粒噪聲。 假設(shè)入射光子服從Poisson概率密度分布(3-8） fIq p 2

10、I 2 n fIq p 2I 2 n 在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行光輻射測(cè)量時(shí)，可用一 固定頻率對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。這樣，系 統(tǒng)的工作頻帶寬度可減少。 鎖頻技術(shù)可使系統(tǒng)工作在一個(gè)很窄的 通頻帶范圍內(nèi)，有利于減少系統(tǒng)噪聲。 增加信號(hào)的積分時(shí)間，縮小測(cè)量系統(tǒng) 的頻帶，也可以減少散粒噪聲。 （2）產(chǎn)生-復(fù)合（G-R）噪聲 光導(dǎo)型探測(cè)器的G-R噪聲是由于半導(dǎo)體 內(nèi)的載流子在產(chǎn)生和復(fù)合過(guò)程中，自由 電子和空穴數(shù)隨機(jī)起伏所形成的，也屬 于白噪聲，相當(dāng)于光伏型中單向?qū)щ奝- N結(jié)內(nèi)的散粒噪聲。(3-9) fAEGqfIq dpipRG 222 44I （3）熱噪聲或Johnson噪聲 熱噪聲由電阻材料中離散的載流子（主 要是電

11、子）的熱運(yùn)動(dòng)造成。 熱噪聲電流的均方值為：(3-10) 使探測(cè)器制冷或者探測(cè)器及前置放大器 一起制冷，可以減少熱噪聲電流。 RfkT T /4I 2 （4）1/f 噪聲 一般認(rèn)為，它與半導(dǎo)體的接觸、表面、 內(nèi)部存在的勢(shì)壘有關(guān)，所以有時(shí)叫做 “接觸噪聲”，其值隨信號(hào)調(diào)制頻率的 增加而減少 (3-11) (3-12) ffKI a f /I 2 ffKI f /I 22 （5）溫度噪聲 由熱探測(cè)器和背景之間的能量交換 所造成的探測(cè)器自身的溫度起伏， 稱為溫度噪聲。 （3-13） K k kN I 1 22 I K k kN I 1 22 I 只有信號(hào)足夠強(qiáng)，才能與噪聲電流區(qū) 別開(kāi)。 信噪比，作為表

12、征探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)能力 和精度的一個(gè)十分重要的指標(biāo)，記作 SNR (3-14) 2 /SNR Ns II 2 /SNR Ns II 2. 噪聲等效功率噪聲等效功率NEP 噪聲等效功率是探測(cè)器產(chǎn)生與其噪聲均 方根電壓相等的信號(hào)所需入射到探測(cè)器 的輻射功率 (3-15) )(NEP 2 W R I SNR N 用用NEP描述探測(cè)器探測(cè)能力的不便之描述探測(cè)器探測(cè)能力的不便之 處處 數(shù)值越小，表示探測(cè)器的探測(cè)能力越 強(qiáng)，相對(duì)缺乏直觀性。為此一般引入 NEP的倒數(shù)D探測(cè)率 （3-16） NEP/1D NEP/1D 更常采用的是采用比探測(cè)率更常采用的是采用比探測(cè)率D* （3-17） 需要注意：探測(cè)器的比探測(cè)率

13、不是 一個(gè)固有常量。 )( )/( A*D 12/1 2 WHzcm fAI R fD dN d )( )/( A*D 12/1 2 WHzcm fAI R fD dN d 探測(cè)器的比探測(cè)率不是一個(gè)固探測(cè)器的比探測(cè)率不是一個(gè)固 有常量。有常量。 首先，它和響應(yīng)度成正比，隨波長(zhǎng)變 化的規(guī)律與響應(yīng)度的相同。 其次，與各種影響響應(yīng)度和噪聲電流 的因素都有關(guān)系，所以在給出探測(cè)器 的比探測(cè)率時(shí)，一般注明測(cè)量的條件。 一些不在圓弧號(hào)內(nèi)說(shuō)明的可另加注釋。 3 3.2 光電探測(cè)器光電探測(cè)器 3.2.13.2.23.2.3 光電管 和光電 倍增管 光伏探 測(cè)器 光電導(dǎo) 探測(cè)器 3.2.1 光電管和光電倍增管光電

14、管和光電倍增管 光電管光電管 1.1.光電管工作電路光電管工作電路 2.2.光電效應(yīng)方程光電效應(yīng)方程 根據(jù)光子說(shuō)及能量轉(zhuǎn)換和守恒定律有根據(jù)光子說(shuō)及能量轉(zhuǎn)換和守恒定律有: : h h表示一個(gè)光子的能量表示一個(gè)光子的能量 E E0 0金屬的逸出功金屬的逸出功 3.3.光陰極的量子效率光陰極的量子效率: : 2 0 1 2 hvmvE 光陰極發(fā)射的光電平均數(shù) 入射到光電陰極上光子數(shù) 4.4.光電管的基本特征光電管的基本特征 積分響應(yīng)度積分響應(yīng)度: : 響應(yīng)時(shí)間約響應(yīng)時(shí)間約1010-8 -8S( S(快速變化的脈沖光快速變化的脈沖光) ) S P 飽和光電流I 入射到光陰極上的通量 暗電流暗電流 I

15、ID D=I=Ir r+I+Il l I Ir r熱電流熱電流, ,光陰極在光陰極在f f下的熱電子發(fā)射下的熱電子發(fā)射 I Il l漏電流漏電流( (為主為主),),陰極間的非無(wú)窮大電阻陰極間的非無(wú)窮大電阻 產(chǎn)生無(wú)光照射時(shí)產(chǎn)生微小的電流輸出產(chǎn)生無(wú)光照射時(shí)產(chǎn)生微小的電流輸出 光電管的最小可測(cè)功率由暗電流決定光電管的最小可測(cè)功率由暗電流決定( (漏電漏電 流流) ) 5.5.光電管的種類光電管的種類 真空管真空管: :響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間( (約約1010-8 -8至 至1010-9 -9s) s)P P與與 的線性好的線性好, ,響應(yīng)度響應(yīng)度S S較低較低 充氣管充氣管( (管內(nèi)充管內(nèi)充Ar):Ar

16、):響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)P P與與的的 線性范圍短線性范圍短, ,響應(yīng)度高達(dá)響應(yīng)度高達(dá)150A/lm150A/lm 光電倍增管： 1.1.二次電子發(fā)射二次電子發(fā)射: :電子將能量轉(zhuǎn)發(fā)給發(fā)射表電子將能量轉(zhuǎn)發(fā)給發(fā)射表 面面, ,因電子束射到材料上而引起材料表面因電子束射到材料上而引起材料表面 的電子發(fā)射的電子發(fā)射 二次電子發(fā)射的現(xiàn)象二次電子發(fā)射的現(xiàn)象低噪聲、反應(yīng)時(shí)低噪聲、反應(yīng)時(shí) 間快間快 二次發(fā)射系數(shù)：二次發(fā)射系數(shù)： 11 二次電子發(fā)射數(shù) 入射電子數(shù) 二次電子發(fā)射材料 半導(dǎo)體半導(dǎo)體: :氧化的銀鎂合金、氧化銅鍍氧化的銀鎂合金、氧化銅鍍 合金合金 2.2.光電倍增管的工作原理：光電倍增管的工作原理：

17、 基本特性基本特性 A AD4 D4 D3 D3 D2 D2 D1 D1 K K 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 工作原理工作原理 K K受照后發(fā)射電子受照后發(fā)射電子D D1 1、 D D2 2、 、 D D3 3 是二級(jí)是二級(jí) 電子發(fā)射電子發(fā)射 極電位依次逐級(jí)升高，光電子被電場(chǎng)加速極電位依次逐級(jí)升高，光電子被電場(chǎng)加速 后打到二次電子發(fā)射極上產(chǎn)生二次電子后打到二次電子發(fā)射極上產(chǎn)生二次電子 發(fā)射，使光電子數(shù)倍增，最后到達(dá)陽(yáng)極發(fā)射，使光電子數(shù)倍增，最后到達(dá)陽(yáng)極 A A。 光電倍增管的基本特性： a)a)放大系數(shù)放大系數(shù)M M 設(shè)有設(shè)有n n個(gè)二次發(fā)射極，則個(gè)二次發(fā)射極，則M=M=n n b)b)靈敏度（響應(yīng)

18、度）靈敏度（響應(yīng)度） 光譜響應(yīng)度光譜響應(yīng)度: :由光陰極材料決定由光陰極材料決定 積分響應(yīng)度積分響應(yīng)度: :分陰極響應(yīng)度和陽(yáng)極響應(yīng)度分陰極響應(yīng)度和陽(yáng)極響應(yīng)度 光電倍增管的積分響應(yīng)度為：光電倍增管的積分響應(yīng)度為：S=SS=SA A=S=Sk kn n 其中其中S Sk k為光陰極響應(yīng)度為光陰極響應(yīng)度 c)c)光電特性曲線（如圖）光電特性曲線（如圖） d)d)電極管各級(jí)間電壓分配電極管各級(jí)間電壓分配: : 等壓分配和非等壓分配等壓分配和非等壓分配 e)e)暗電流：采用降低光電倍增管的工作暗電流：采用降低光電倍增管的工作 溫度來(lái)減小暗電流溫度來(lái)減小暗電流, ,另外還可減小陰另外還可減小陰 極老化極老

19、化 3 3、光電倍增管常設(shè)計(jì)成聚焦或散焦式兩種、光電倍增管常設(shè)計(jì)成聚焦或散焦式兩種 聚焦式光電倍增管的示意圖聚焦式光電倍增管的示意圖 4 4、使用光電倍增管時(shí)的注意事項(xiàng)、使用光電倍增管時(shí)的注意事項(xiàng) 由于疲勞現(xiàn)象存在，測(cè)試前必須預(yù)照后由于疲勞現(xiàn)象存在，測(cè)試前必須預(yù)照后 再進(jìn)行測(cè)量再進(jìn)行測(cè)量 溫度控制在溫度控制在( (環(huán)境溫度環(huán)境溫度)25)250 0C C 保證供電直流電源具有很高的穩(wěn)定性保證供電直流電源具有很高的穩(wěn)定性 3 3.3 熱探測(cè)器熱探測(cè)器 熱探測(cè)器是各種探測(cè)器中唯一能得到無(wú)選擇熱探測(cè)器是各種探測(cè)器中唯一能得到無(wú)選擇 性響應(yīng)的探測(cè)器。性響應(yīng)的探測(cè)器。 為提高熱探測(cè)器的探測(cè)能力，應(yīng)最大限

20、度地為提高熱探測(cè)器的探測(cè)能力，應(yīng)最大限度地 吸收各種波長(zhǎng)的入射輻射能，所以熱探測(cè)器吸收各種波長(zhǎng)的入射輻射能，所以熱探測(cè)器 表面常用煤黑、黑色金屬氧化物或黑色無(wú)定表面常用煤黑、黑色金屬氧化物或黑色無(wú)定 形金屬等做成黑的。形金屬等做成黑的。 按照能量守恒定律，熱探測(cè)器吸收入射輻 射能與探測(cè)器表面溫度升高之間的關(guān)系可 寫(xiě)成： 吸收的輻射熱能=探測(cè)器的熱傳導(dǎo)損失+探 測(cè)器表面的溫升所需的能量。 表達(dá)式可寫(xiě)成為: (3-24) 0, )Td( C 0 t TaTG dt 式（3-24）表示探測(cè)器表面吸收的 輻射能，部分消耗在熱導(dǎo)損失上 （探測(cè)器溫升 損失的熱輻射功 率），部分使表面溫升。 T 設(shè)入射輻射

21、通量設(shè)入射輻射通量 即是頻率即是頻率 的調(diào)制光信號(hào)，則解式（的調(diào)制光信號(hào)，則解式（3-24） 可得探測(cè)器表面溫度變化的幅度可得探測(cè)器表面溫度變化的幅度 (3-25) )exp( 0 ti 22 1G a T 22 1G a T 要提高熱探測(cè)器響應(yīng)度，應(yīng)減少要提高熱探測(cè)器響應(yīng)度，應(yīng)減少 探測(cè)器的熱導(dǎo)和熱容。探測(cè)器的熱導(dǎo)和熱容。 為此，熱探測(cè)器常常做成薄條或薄片狀， 以減少熱容；探測(cè)器表面的支承部分要 盡可能少，引線要短且細(xì)，以減少熱導(dǎo)。 這樣熱探測(cè)器在結(jié)構(gòu)上較脆弱，且熱導(dǎo) 和熱容的減少還受到工藝等的限制，故 熱探測(cè)器的時(shí)間常數(shù)比光電探測(cè)器大得 多，一般為ms級(jí)。 為了減少外界溫度、空氣流動(dòng)為了減

22、少外界溫度、空氣流動(dòng) 等對(duì)熱探測(cè)器信號(hào)探測(cè)的影響等對(duì)熱探測(cè)器信號(hào)探測(cè)的影響 （溫度噪聲），常常把探測(cè)片（溫度噪聲），常常把探測(cè)片 封裝在密封的真空容器內(nèi)。封裝在密封的真空容器內(nèi)。 真空封裝的熱探測(cè)器響應(yīng)度為真空封裝的熱探測(cè)器響應(yīng)度為 非真空封裝狀態(tài)的兩倍以上，非真空封裝狀態(tài)的兩倍以上， 但是，真空封裝后與外界的熱但是，真空封裝后與外界的熱 交換也變差，時(shí)間常數(shù)將會(huì)增交換也變差，時(shí)間常數(shù)將會(huì)增 大。大。 在絕大多數(shù)情況下，熱探測(cè)器響應(yīng)在絕大多數(shù)情況下，熱探測(cè)器響應(yīng) 度的不平坦可忽略不記，只是在精度的不平坦可忽略不記，只是在精 確光譜量標(biāo)定時(shí)才需考慮。確光譜量標(biāo)定時(shí)才需考慮。 雖然平坦的光譜響應(yīng)十

23、分重要，但實(shí)際 上由于探測(cè)器表面黑色層的吸收比不可 能是理想平坦的，探測(cè)器外面的窗材料 不僅限制透過(guò)輻射能的波長(zhǎng)范圍，且在 透射譜段的光譜透射比也不完全平坦， 故熱探測(cè)器并不具有完全理想平坦的光 譜響應(yīng)。 3.3 熱探測(cè)器熱探測(cè)器 熱電偶和熱偶堆 測(cè)輻射熱計(jì) 熱釋電探測(cè)器 3 3.3.1 3.3.1 熱電偶和熱偶堆熱電偶和熱偶堆 熱電偶是基于兩種不同金屬在其連接點(diǎn) 有溫差時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)的塞貝克效應(yīng)。 當(dāng)一個(gè)連接點(diǎn)受光輻照時(shí)升溫，而另一 連接點(diǎn)不受輻照時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生 電流。 熱偶堆熱偶堆 把多個(gè)熱電偶串接構(gòu)成熱偶堆，可提高響應(yīng) 度（N個(gè)串聯(lián)熱電偶的熱偶堆，其響應(yīng)度為 單個(gè)熱電偶的N倍。） 由于兩連接點(diǎn)相距不遠(yuǎn)，所以當(dāng)接在橋式回路中 時(shí)，環(huán)境溫度變化的影響可自動(dòng)補(bǔ)償，故一般工 作在常溫下。 熱電偶產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)V和溫度T(K)之間的關(guān)系 可寫(xiě)成 （3-26） 2 VcTbTa 塞貝克系數(shù)(3-31) 由式(3-24)及式(3-26)，可得熱電偶的 響應(yīng)度為 cTb dT dV Ta2)( 222 )( CG aTaV R 在頻率很低時(shí)，G C, 則 即用高吸收比的表面層、高塞貝克系 數(shù)且性能穩(wěn)定的熱電偶金屬、低熱導(dǎo) 的結(jié)構(gòu)可使熱電偶有較