熱釋電探測器簡介

1、熱釋電探測器簡介作者：L.GCatalogue 1、熱釋電效應(yīng)的歷史和發(fā)展 2、熱釋電效應(yīng)原理 3、熱釋電材料 4、熱釋電探測器構(gòu)造和工作原理 5、熱釋電探測器特點(diǎn) 6、熱釋電探測器的應(yīng)用 7、未來發(fā)展趨勢1、熱釋電效應(yīng)（探測器）的歷史和發(fā)展 早在公元前315年，古希臘學(xué)者在論石頭一書曾有這樣的敘述：電氣石不僅能吸引麥桔屑和小木片，而且也能吸引銅或鐵的薄片。這可能是有關(guān)熱釋電現(xiàn)象的最早記錄。到l9世紀(jì)末，關(guān)于熱釋電效應(yīng)定量的和理論的研究開始增多。2O世紀(jì)6O年代，激光和紅外技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了熱釋電效應(yīng)及其應(yīng)用的研究，至今發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)了系列重要的熱釋電材料，研制出了性能優(yōu)良的熱釋電探測器和熱釋電攝

2、像管等器件。目前，研究熱釋電效應(yīng)是固體物理中活躍的研究領(lǐng)域之一，熱釋電效應(yīng)在許多方面得到廣泛應(yīng)用。 成品實(shí)物圖2、熱釋電效應(yīng)原理 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)。熱釋電材料晶體內(nèi)正、負(fù)電荷中心并不重合，晶體原子具有一定電矩；也就是說晶體本身具有自發(fā)極化特性。但介質(zhì)中的電偶極子排列雜亂,宏觀不顯極性。熱誘導(dǎo)的電偶極子在平衡軸附近的隨機(jī)擺動(dòng)熱釋電材料的溫度升高，電偶極子劇烈的擺動(dòng)，平均自發(fā)極化降低，感生電荷的量也減少熱釋電材料被冷卻，電偶極子更小的角度范圍內(nèi)擺動(dòng)，自發(fā)極化將增強(qiáng)，感生電荷的量也增加當(dāng)熱釋電材

3、料的溫度升高，溫度的增加將導(dǎo)致電偶極子在各自的對稱軸附近更加劇烈的擺動(dòng)。由于擺角的增加，總的平均自發(fā)極化降低了。于是電極上感生電荷的量減少，從而產(chǎn)生了電子的流動(dòng)。如果熱釋電材料被冷卻而不是被加熱，由于較低的熱激活能，電偶極子在更小的角度范圍內(nèi)擺動(dòng)，自發(fā)極化將增強(qiáng)。相應(yīng)的電極上感生電荷的量也增加。熱釋電材料單疇極化(外加電場) 介質(zhì)材料中存在不同的電偶極矩，由于分子間正負(fù)電荷中心不重合而產(chǎn)生的偶極矩稱固有電偶極矩。熱釋電效應(yīng)只能發(fā)生在不具有中心對稱的晶體材料中。熱釋電材料同普通的熱電材料不同，它們有自極化效應(yīng)，即使在沒有外電場的情況下，也存在電偶極矩。熱釋電材料當(dāng)溫度不變時(shí)，晶體表面的電荷被來自

4、外部的自由電荷中和。晶體溫度變化越大，極化強(qiáng)度變化就越大，表示大量的電荷聚集在電極。3、熱釋電材料 鐵電體的自發(fā)極化強(qiáng)度PS（單位面積上的電荷量）與溫度的關(guān)系如圖所示，隨著溫度的升高，極化強(qiáng)度減低，當(dāng)溫度升高到一定值，自發(fā)極化突然消失，這個(gè)溫度常被稱為“居里溫度”或“居里點(diǎn)”。在居里點(diǎn)以下，極化強(qiáng)度PS是溫度T的函數(shù)。其常用的材料有：l單晶(LiNbO3 LiTaO3 等)、l壓電陶瓷（PZT等）l高分子薄膜（PVFZ等） 當(dāng)晶體的溫度均勻變化時(shí)，晶體的自發(fā)極化強(qiáng)度矢量Pi隨之變化dTPdPii Pi是熱釋電系數(shù)，是一個(gè)矢量，大多數(shù)晶體的自發(fā)極化隨溫度增加而下降。 熱釋電系數(shù)為負(fù)值，溫度升高，

5、熱運(yùn)動(dòng)傾向于干擾晶體中電矩的有序取向，使固有極化強(qiáng)度減小。3.1、熱釋電系數(shù) 3.2、常見熱釋電（材料）系數(shù) 4、熱釋電探測器構(gòu)造和工作原理 圖（a）所示的面電極結(jié)構(gòu)中， 電極置于熱釋電晶體的前后 表面上, 其中一個(gè)電極位于 光敏面內(nèi)。這種電極結(jié)構(gòu)的 電極面積較大，極間距離較 二 熱釋電探測器的電路連接 少，因而極間電容較大，故 其不適于高速應(yīng)用。圖（b）所示的邊電極結(jié)構(gòu)中，電極所在的平面與光敏面互相垂直，電極間距較大，電極面積較小，因此極間電容較小。由于熱釋電器件的響應(yīng)速度受極間電容的限制，因此，在高速運(yùn)用時(shí)以極間電容小的邊電極為宜。4.1結(jié)構(gòu)圖熱釋電傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。光線從(1)

6、窗進(jìn)入，經(jīng)過(2)濾光片到達(dá)(3)熱釋電元件，從而產(chǎn)生電信號，電信號經(jīng)過(4)引線輸出。圖1.結(jié)構(gòu)內(nèi)部圖圖2.結(jié)構(gòu)外部圖4.24.2、熱釋電探測器的輸出電流4.34.3、熱釋電探測器的輸出電壓 當(dāng)沿著垂直于Ps的方向?qū)⒕w切成薄片，并在表面淀積金屬電極時(shí)，隨著溫度的變化，兩電極間就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)與熱釋電系數(shù)和溫度變化速率成正比的電壓5、熱釋電探測器特點(diǎn)6、熱釋電探測器的應(yīng)用光輻射的光譜范圍光輻射的光譜范圍:紫外光波段紫外光波段:0.10.38um可見光波段可見光波段:0.380.78um紅外光波段紅外光波段:0.78300um人體皮膚溫度在人體皮膚溫度在3737時(shí)，大約有時(shí)，大約有3232輻射能量

7、輻射能量在在8-12um8-12um波段波段范圍，范圍，僅有僅有1 1的輻射能量在的輻射能量在3.2um3.2um波段波段內(nèi)。內(nèi)。人體輻射探測人體輻射探測常是安全和軍常是安全和軍事信息的重要任務(wù)，在醫(yī)學(xué)診斷事信息的重要任務(wù)，在醫(yī)學(xué)診斷上也有重要價(jià)值。上也有重要價(jià)值。目前應(yīng)用最多的是目前應(yīng)用最多的是檢測人的傳感器。檢測人的傳感器。廣泛用于防盜報(bào)警系統(tǒng)、房廣泛用于防盜報(bào)警系統(tǒng)、房間自助開燈控制、自動(dòng)門和其它安全及自動(dòng)化裝置中。國外有把間自助開燈控制、自動(dòng)門和其它安全及自動(dòng)化裝置中。國外有把熱釋電傳感器安裝在售貨機(jī)上，有人接近時(shí)機(jī)器可以語音告知。熱釋電傳感器安裝在售貨機(jī)上，有人接近時(shí)機(jī)器可以語音告知

8、。 紅外線通過菲涅耳濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外線通過菲涅耳濾光片增強(qiáng)后聚集到熱釋電元件熱釋電元件，這種元件，這種元件在接收到人體紅外輻射變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電在接收到人體紅外輻射變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生荷，經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號報(bào)警信號。 菲涅耳菲涅耳濾光片濾光片：由一組透鏡組成。當(dāng)人體從一個(gè)單元視場進(jìn)出：由一組透鏡組成。當(dāng)人體從一個(gè)單元視場進(jìn)出一次，敏感源的紅外輻射也接受一次，溫度變化一次，從而輸一次，敏感源的紅外輻射也接受一次，溫度變化一次，從而輸出相應(yīng)的信號。連續(xù)的走動(dòng)，便產(chǎn)生連續(xù)的脈沖信號，形成連出相應(yīng)的信號。連續(xù)的走動(dòng)，便產(chǎn)生連續(xù)的脈沖信號，形成連續(xù)的續(xù)的“報(bào)警信號報(bào)警信號”。7、未來發(fā)展趨勢 近年來發(fā)展了快速熱釋電器件?？焖贌後岆娖骷话愣荚O(shè)計(jì)成同軸結(jié)構(gòu)，將光敏元置于阻抗為