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1、光电信号检测光电信号检测第六章第六章 热探测器热探测器场羔慌包歉铺睦搁咖寸旋淄惠清锣测顾智崭相脑福爬邱绥撼香邯便垒匣啮第6章热探测器第6章热探测器热探测器是不同于光子探测器的另一类光探测器。它是基热探测器是不同于光子探测器的另一类光探测器。它是基热探测器是不同于光子探测器的另一类光探测器。它是基热探测器是不同于光子探测器的另一类光探测器。它是基于光辐射与物质相互作用的于光辐射与物质相互作用的于光辐射与物质相互作用的于光辐射与物质相互作用的热效应热效应热效应热效应制成的器件。制成的器件。制成的器件。制成的器件。热探测器有热电偶、热敏电阻和热释电探测器等多种。热探测器有热电偶、热敏电阻和热释电探测
2、器等多种。热探测器有热电偶、热敏电阻和热释电探测器等多种。热探测器有热电偶、热敏电阻和热释电探测器等多种。具有具有具有具有不需制冷不需制冷不需制冷不需制冷、在全部波长上具有、在全部波长上具有、在全部波长上具有、在全部波长上具有平坦响应平坦响应平坦响应平坦响应两大优点。两大优点。两大优点。两大优点。主要缺点是：主要缺点是：主要缺点是：主要缺点是：响应较低响应较低响应较低响应较低，响应时间较长响应时间较长响应时间较长响应时间较长。自热释电探测器出现后，缓和了这一矛盾。热释电探测器自热释电探测器出现后，缓和了这一矛盾。热释电探测器自热释电探测器出现后，缓和了这一矛盾。热释电探测器自热释电探测器出现后
3、，缓和了这一矛盾。热释电探测器的响应度和响应速度已比过去那些热探测器有了很大提高，的响应度和响应速度已比过去那些热探测器有了很大提高，的响应度和响应速度已比过去那些热探测器有了很大提高，的响应度和响应速度已比过去那些热探测器有了很大提高，因此热探测器的使用范围扩大了，延伸到原来部分光子探因此热探测器的使用范围扩大了，延伸到原来部分光子探因此热探测器的使用范围扩大了，延伸到原来部分光子探因此热探测器的使用范围扩大了，延伸到原来部分光子探测器独占的领域，而且在大于测器独占的领域，而且在大于测器独占的领域，而且在大于测器独占的领域，而且在大于14141414mmmm的远红外域更有广阔的远红外域更有广
4、阔的远红外域更有广阔的远红外域更有广阔的用途。的用途。的用途。的用途。第六章第六章 热探测器热探测器疲杆椿研寒泄肿潮慕屡棚追幸躺它煤溢紊硝滞醛溪指侥柔矮鄂儒丙勺魄鸦第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20242 2热探测器探测光辐射包括热探测器探测光辐射包括热探测器探测光辐射包括热探测器探测光辐射包括两个过程：两个过程：两个过程：两个过程：一是吸收光辐射能量后，探测器的温度升高；一是吸收光辐射能量后，探测器的温度升高；一是吸收光辐射能量后，探测器的温度升高；一是吸收光辐射能量后，探测器的温度升高；二是把温度升高所引起的物理特性的变化转变成二是把温度升高所引起的物理特性的变化
5、转变成二是把温度升高所引起的物理特性的变化转变成二是把温度升高所引起的物理特性的变化转变成电信号。电信号。电信号。电信号。6 61 1 热探测器的一般原理热探测器的一般原理一、热探测器的温度变化规律一、热探测器的温度变化规律一、热探测器的温度变化规律一、热探测器的温度变化规律视康休口浸问濒辉防旋置贷搐匡浩源貉辽椰汽寂媳床税湿糠丘技辽撮涸均第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20243 3探测器的热容量是探测器的热容量是探测器的热容量是探测器的热容量是HH，它表示探测器升高一度所，它表示探测器升高一度所，它表示探测器升高一度所，它表示探测器升高一度所需的热量需的热量需的热量需
6、的热量( (J J/ /K K) )。通常周围环境的热容量为无限大，。通常周围环境的热容量为无限大，。通常周围环境的热容量为无限大，。通常周围环境的热容量为无限大，整个环境温度是一致的。整个环境温度是一致的。整个环境温度是一致的。整个环境温度是一致的。探测器通过热导探测器通过热导探测器通过热导探测器通过热导G G与周围环境发生热交换。与周围环境发生热交换。与周围环境发生热交换。与周围环境发生热交换。入射辐射入射辐射入射辐射入射辐射热探测器热探测器热探测器热探测器（热容量（热容量（热容量（热容量HH）热导热导热导热导G G环境温度环境温度环境温度环境温度T T0 0颈斑驼健锌傅毡砖革包咋痈腰畸怀
7、磷垛愉押淘险银隧利姐鱼备跃昏宴慌藤第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20244 4如果探测器的温度比环境高如果探测器的温度比环境高如果探测器的温度比环境高如果探测器的温度比环境高 T T，则探测器在单位，则探测器在单位，则探测器在单位，则探测器在单位时间内通过热导流向环境的热量流时间内通过热导流向环境的热量流时间内通过热导流向环境的热量流时间内通过热导流向环境的热量流 P P为为为为 其中，热导其中，热导其中，热导其中，热导G G的单位是的单位是的单位是的单位是WW/ /K K。油双拄咯最消主墨兑锈瓣交令楷桥磕颜挺契游占灼蓄盆撤宙羞色登爽暮馁第6章热探测器第6章热探测器7
8、/24/20247/24/20245 5当探测器接收入射光辐射功率当探测器接收入射光辐射功率当探测器接收入射光辐射功率当探测器接收入射光辐射功率P P 时，热探测器吸收热辐射后时，热探测器吸收热辐射后时，热探测器吸收热辐射后时，热探测器吸收热辐射后每秒接受的热量为每秒接受的热量为每秒接受的热量为每秒接受的热量为P P 。 其中其中其中其中 为热探测器的吸收率。此时为热探测器的吸收率。此时为热探测器的吸收率。此时为热探测器的吸收率。此时探测器温度升量探测器温度升量探测器温度升量探测器温度升量 T T由下式确定由下式确定由下式确定由下式确定此式表示了探测器吸收的辐射功率等于每秒中探测器温升所此式表
9、示了探测器吸收的辐射功率等于每秒中探测器温升所此式表示了探测器吸收的辐射功率等于每秒中探测器温升所此式表示了探测器吸收的辐射功率等于每秒中探测器温升所需的能量和传导损失的能量。需的能量和传导损失的能量。需的能量和传导损失的能量。需的能量和传导损失的能量。通常投射到热探测器上的辐射是经过调制的，它包括一个与通常投射到热探测器上的辐射是经过调制的，它包括一个与通常投射到热探测器上的辐射是经过调制的，它包括一个与通常投射到热探测器上的辐射是经过调制的，它包括一个与时间无关的直流分量时间无关的直流分量时间无关的直流分量时间无关的直流分量P P0 0和一个以角频率和一个以角频率和一个以角频率和一个以角频
10、率 调制的交变分量调制的交变分量调制的交变分量调制的交变分量P P exp(exp(i ti t) ) ，即，即，即，即虞卜缓胡刺访耕脾瓶蓉兼捧现哩聋号腋堡捅帅蛮秦灿纯讽氟维化窗裸驯寞第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20246 6温升包括两个部分：与时间无关的平均温升温升包括两个部分：与时间无关的平均温升温升包括两个部分：与时间无关的平均温升温升包括两个部分：与时间无关的平均温升TT0 0和与时间有和与时间有和与时间有和与时间有关的温度变化关的温度变化关的温度变化关的温度变化TT ，即，即，即，即其中：其中：其中：其中： 是温是温是温是温升与辐射功率之间的相位差升与辐射
11、功率之间的相位差升与辐射功率之间的相位差升与辐射功率之间的相位差 称为热探测器的热时间常数。称为热探测器的热时间常数。称为热探测器的热时间常数。称为热探测器的热时间常数。 它对应于热探测器的响应时间。它对应于热探测器的响应时间。它对应于热探测器的响应时间。它对应于热探测器的响应时间。缝您杂耗捎得碟迅芦盂尉儒瞩兆帖购辽扛隘擂澎级佐隘即哄惑框冯阿肉梳第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20247 7典型的热探测器的热时间常数在典型的热探测器的热时间常数在典型的热探测器的热时间常数在典型的热探测器的热时间常数在几毫秒到几秒几毫秒到几秒几毫秒到几秒几毫秒到几秒的范围内，比光子探测器
12、的响应时间长。的范围内，比光子探测器的响应时间长。的范围内，比光子探测器的响应时间长。的范围内，比光子探测器的响应时间长。增大热导增大热导增大热导增大热导G G可减小可减小可减小可减小 HH，但增大，但增大，但增大，但增大G G会导致热探测器会导致热探测器会导致热探测器会导致热探测器对温度变化不敏感，探测灵敏度下降。对温度变化不敏感，探测灵敏度下降。对温度变化不敏感，探测灵敏度下降。对温度变化不敏感，探测灵敏度下降。因此，减小热时间常数主要在降低热容量因此，减小热时间常数主要在降低热容量因此，减小热时间常数主要在降低热容量因此，减小热时间常数主要在降低热容量HH上，上，上，上，所以热探测器的光
13、敏元很小。所以热探测器的光敏元很小。所以热探测器的光敏元很小。所以热探测器的光敏元很小。 简珍瀑菇烁雏芭廷娱貉绦滓惨捕镀别帝原凹蠕柞堡锨译昌达怜朱夷剩毗导第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20248 8吸收率吸收率吸收率吸收率 代表了对入射辐射吸收过程的效率。为了代表了对入射辐射吸收过程的效率。为了代表了对入射辐射吸收过程的效率。为了代表了对入射辐射吸收过程的效率。为了提高吸收比，热探测器光敏元的表面都进行黑化。提高吸收比，热探测器光敏元的表面都进行黑化。提高吸收比，热探测器光敏元的表面都进行黑化。提高吸收比，热探测器光敏元的表面都进行黑化。一些表面黑化用的材料的吸收率如
14、图。一些表面黑化用的材料的吸收率如图。一些表面黑化用的材料的吸收率如图。一些表面黑化用的材料的吸收率如图。阜信纶百队盆满屋屎侗淮俐尸很勺俘墟颜翘剿盅术却谨娶竟邀褒杨土九重第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20249 9二、热探测器的极限探测率热探测器的极限探测率由于热探测器与周围环境之间的热交换存在着热流起伏，由于热探测器与周围环境之间的热交换存在着热流起伏，由于热探测器与周围环境之间的热交换存在着热流起伏，由于热探测器与周围环境之间的热交换存在着热流起伏，引起热探测器的温度在引起热探测器的温度在引起热探测器的温度在引起热探测器的温度在T T0 0附近呈现小的起伏，这种温
15、度起附近呈现小的起伏，这种温度起附近呈现小的起伏，这种温度起附近呈现小的起伏，这种温度起伏构成了热探测器的主要噪声源，称为伏构成了热探测器的主要噪声源，称为伏构成了热探测器的主要噪声源，称为伏构成了热探测器的主要噪声源，称为温度噪声温度噪声温度噪声温度噪声。若热探测器的其他噪声与温度噪声相比可以忽略，那么温若热探测器的其他噪声与温度噪声相比可以忽略，那么温若热探测器的其他噪声与温度噪声相比可以忽略，那么温若热探测器的其他噪声与温度噪声相比可以忽略，那么温度噪声将限制热探测器的极限探测率。度噪声将限制热探测器的极限探测率。度噪声将限制热探测器的极限探测率。度噪声将限制热探测器的极限探测率。接皱创
16、渤珍搁判臼侠佰给娥宛涕妄匙浓屁黑星职吉畏晾录脾柯厩揩赘没满第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20241010探测器和环境的热交换包括辐射、对流和传导。当探测器探测器和环境的热交换包括辐射、对流和传导。当探测器探测器和环境的热交换包括辐射、对流和传导。当探测器探测器和环境的热交换包括辐射、对流和传导。当探测器光敏元被悬挂在支架上并真空封装时，总的热导将取决于光敏元被悬挂在支架上并真空封装时，总的热导将取决于光敏元被悬挂在支架上并真空封装时，总的热导将取决于光敏元被悬挂在支架上并真空封装时，总的热导将取决于辐射热导。辐射热导。辐射热导。辐射热导。在理想情况下，光敏面是理想的吸
17、收面，即在理想情况下，光敏面是理想的吸收面，即在理想情况下，光敏面是理想的吸收面，即在理想情况下，光敏面是理想的吸收面，即 1 1。这时辐。这时辐。这时辐。这时辐射热导射热导射热导射热导G GR R根据黑体辐射为根据黑体辐射为根据黑体辐射为根据黑体辐射为式中，式中，式中，式中，A Ad d是光敏面的面积，是光敏面的面积，是光敏面的面积，是光敏面的面积， 为斯忒藩一波耳兹曼常数。为斯忒藩一波耳兹曼常数。为斯忒藩一波耳兹曼常数。为斯忒藩一波耳兹曼常数。从此式看到，若热探测器的吸收率为常数，则其辐射热导从此式看到，若热探测器的吸收率为常数，则其辐射热导从此式看到，若热探测器的吸收率为常数，则其辐射热
18、导从此式看到，若热探测器的吸收率为常数，则其辐射热导与波长无关，而与温度的三次方成正比。当温度降低时，与波长无关，而与温度的三次方成正比。当温度降低时，与波长无关，而与温度的三次方成正比。当温度降低时，与波长无关，而与温度的三次方成正比。当温度降低时，辐射热导将急剧减小。辐射热导将急剧减小。辐射热导将急剧减小。辐射热导将急剧减小。亥凛屠藩堪尽霹哄奈怕血崔登描宁丁谰废硷赐面砸秉腔诸忿烘茂臻镁讶桥第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20241111温度噪声的功率谱密度为：温度噪声的功率谱密度为：温度噪声的功率谱密度为：温度噪声的功率谱密度为：温度噪声功率为：温度噪声功率为：温度
19、噪声功率为：温度噪声功率为：则辐射热导引起的温度噪声为：则辐射热导引起的温度噪声为：则辐射热导引起的温度噪声为：则辐射热导引起的温度噪声为：数痉泣蒙庄鸡侨媚侥船孙剔寅他纲痞醒淬种违吧挫烫帧排恋允伙恒扣谎概第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20241212于是，热探测器的温度噪声电压和比探测率分别是：于是，热探测器的温度噪声电压和比探测率分别是：于是，热探测器的温度噪声电压和比探测率分别是：于是，热探测器的温度噪声电压和比探测率分别是：室温下，室温下，室温下，室温下，T T300K300K，则，则，则，则理想的理想的理想的理想的热探测器的极限比探测率己接近或达到一般光子探热
20、探测器的极限比探测率己接近或达到一般光子探热探测器的极限比探测率己接近或达到一般光子探热探测器的极限比探测率己接近或达到一般光子探测器的比探测率。测器的比探测率。测器的比探测率。测器的比探测率。枪恭茧狸颧锤亡张纵李堵的富粮翻蜗搞杆阁髓诌邱饯疵晓少雌苟雕遥景俏第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20241313热释电探测器是一种利用某些晶体材料自发极化强度随温热释电探测器是一种利用某些晶体材料自发极化强度随温热释电探测器是一种利用某些晶体材料自发极化强度随温热释电探测器是一种利用某些晶体材料自发极化强度随温度变化所产生的热释电效应制成的新型热探测器。度变化所产生的热释电效应制
21、成的新型热探测器。度变化所产生的热释电效应制成的新型热探测器。度变化所产生的热释电效应制成的新型热探测器。因为热释电探测器的电信号正比于探测器温度随时间的变因为热释电探测器的电信号正比于探测器温度随时间的变因为热释电探测器的电信号正比于探测器温度随时间的变因为热释电探测器的电信号正比于探测器温度随时间的变化率，不像其他热探测器那样需要有热平衡过程，所以其化率，不像其他热探测器那样需要有热平衡过程，所以其化率，不像其他热探测器那样需要有热平衡过程，所以其化率，不像其他热探测器那样需要有热平衡过程，所以其响应速度比其他热探测器快得多响应速度比其他热探测器快得多响应速度比其他热探测器快得多响应速度比
22、其他热探测器快得多，一般热探测器的时间常，一般热探测器的时间常，一般热探测器的时间常，一般热探测器的时间常数典型值数典型值数典型值数典型值在在在在1 10.01s0.01s范围，而热释电探测器的有效时间常范围，而热释电探测器的有效时间常范围，而热释电探测器的有效时间常范围，而热释电探测器的有效时间常数可达数可达数可达数可达1010-4-4310310-5-5s s。虽然目前热释电探测器在虽然目前热释电探测器在虽然目前热释电探测器在虽然目前热释电探测器在比探测率比探测率比探测率比探测率和和和和响应速度响应速度响应速度响应速度方面还不及方面还不及方面还不及方面还不及光子探测器，但由于它还具有光谱响
23、应范围宽、较大的频光子探测器，但由于它还具有光谱响应范围宽、较大的频光子探测器，但由于它还具有光谱响应范围宽、较大的频光子探测器，但由于它还具有光谱响应范围宽、较大的频响带宽、在室温下工作无需制冷、可以有大面积均匀的光响带宽、在室温下工作无需制冷、可以有大面积均匀的光响带宽、在室温下工作无需制冷、可以有大面积均匀的光响带宽、在室温下工作无需制冷、可以有大面积均匀的光敏面、不需偏压、使用方便等特点，而得到广泛的应用。敏面、不需偏压、使用方便等特点，而得到广泛的应用。敏面、不需偏压、使用方便等特点，而得到广泛的应用。敏面、不需偏压、使用方便等特点，而得到广泛的应用。6 62 2 热释电探测器热释电
24、探测器崩许茹迹很省烂哈吝矮厄珐朴曝儿孰惰酷榆挂离檀乖惯拆噪傻斜典骇朵铱第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20241414一、热释电效应一、热释电效应一、热释电效应一、热释电效应某些物质某些物质某些物质某些物质( ( ( (例如硫酸三甘肽、铌酸锂、铌酸锶钡等晶体例如硫酸三甘肽、铌酸锂、铌酸锶钡等晶体例如硫酸三甘肽、铌酸锂、铌酸锶钡等晶体例如硫酸三甘肽、铌酸锂、铌酸锶钡等晶体) ) ) )吸吸吸吸收光辐射后将其转换成热能，这个热能使晶体的温度升高，收光辐射后将其转换成热能，这个热能使晶体的温度升高，收光辐射后将其转换成热能，这个热能使晶体的温度升高，收光辐射后将其转换成热能，
25、这个热能使晶体的温度升高，温度的变化又改变了晶体内晶格的间距，这就引起在居里温度的变化又改变了晶体内晶格的间距，这就引起在居里温度的变化又改变了晶体内晶格的间距，这就引起在居里温度的变化又改变了晶体内晶格的间距，这就引起在居里温度以下存在的自发极化强度的变化，从而在晶体的特定温度以下存在的自发极化强度的变化，从而在晶体的特定温度以下存在的自发极化强度的变化，从而在晶体的特定温度以下存在的自发极化强度的变化，从而在晶体的特定方向上引起表面电荷的变化，这就是方向上引起表面电荷的变化，这就是方向上引起表面电荷的变化，这就是方向上引起表面电荷的变化，这就是热释电效应热释电效应热释电效应热释电效应。热释
26、电效应是通过热释电材料实现的。热释电效应是通过热释电材料实现的。热释电效应是通过热释电材料实现的。热释电效应是通过热释电材料实现的。热释电材料首先是一种电介质，是绝缘体。在常态下具有热释电材料首先是一种电介质，是绝缘体。在常态下具有热释电材料首先是一种电介质，是绝缘体。在常态下具有热释电材料首先是一种电介质，是绝缘体。在常态下具有自发电极化自发电极化自发电极化自发电极化( ( ( (即固有电偶极矩即固有电偶极矩即固有电偶极矩即固有电偶极矩) ) ) )现象，且温度变化时电矩的现象，且温度变化时电矩的现象，且温度变化时电矩的现象，且温度变化时电矩的极性也改变，这类介质称为极性也改变，这类介质称为
27、极性也改变，这类介质称为极性也改变，这类介质称为热电介质热电介质热电介质热电介质。 煮肄籽稠廖嗣洱尧霍木瘪而沾疟勘踞耘沽素擞桐井氖鞍曳虾刚猾眺剃昨粮第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20241515外加电场能使热电介质的自发极化矢量方向趋同，去掉外外加电场能使热电介质的自发极化矢量方向趋同，去掉外外加电场能使热电介质的自发极化矢量方向趋同，去掉外外加电场能使热电介质的自发极化矢量方向趋同，去掉外电场后，其极化特性保持不变的热电介质叫电场后，其极化特性保持不变的热电介质叫电场后，其极化特性保持不变的热电介质叫电场后，其极化特性保持不变的热电介质叫铁电体铁电体铁电体铁电体。热
28、释电探测器是用铁电体制成的。热释电探测器是用铁电体制成的。热释电探测器是用铁电体制成的。热释电探测器是用铁电体制成的。机理机理机理机理：调制光辐射（温度变化）自发极化强度：调制光辐射（温度变化）自发极化强度：调制光辐射（温度变化）自发极化强度：调制光辐射（温度变化）自发极化强度P P变化变化变化变化晶体外表面感应电荷变化电信号（晶体外表面感应电荷变化电信号（晶体外表面感应电荷变化电信号（晶体外表面感应电荷变化电信号（交流信号交流信号交流信号交流信号）P PT TP PT T储凌托尖庚弃芒佬纺籍咯妹超砷遇蓬涩靶追懒渊捕卓茹某勤羌窑浓售釉薪第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/2
29、0241616常态下，常态下，常态下，常态下，热电介质热电介质热电介质热电介质的自发极化现象使的自发极化现象使的自发极化现象使的自发极化现象使在与自发极化强度垂在与自发极化强度垂在与自发极化强度垂在与自发极化强度垂直的两个晶面上出现大小相等、符号相反的面束缚电荷。直的两个晶面上出现大小相等、符号相反的面束缚电荷。直的两个晶面上出现大小相等、符号相反的面束缚电荷。直的两个晶面上出现大小相等、符号相反的面束缚电荷。极性晶体的自发极化通常是观察不出来的。因为在平衡条极性晶体的自发极化通常是观察不出来的。因为在平衡条极性晶体的自发极化通常是观察不出来的。因为在平衡条极性晶体的自发极化通常是观察不出来的
30、。因为在平衡条件下它被通过晶体内部传至晶体表面的自由电荷所补偿。件下它被通过晶体内部传至晶体表面的自由电荷所补偿。件下它被通过晶体内部传至晶体表面的自由电荷所补偿。件下它被通过晶体内部传至晶体表面的自由电荷所补偿。伶寄遵镍贮咕肮剧镊衡槛孤糊遵请旅婚细备特宿售灿昂迢代华仔您础遮桨第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20241717如果强度变化的光辐射入射到晶体上，晶体温度如果强度变化的光辐射入射到晶体上，晶体温度如果强度变化的光辐射入射到晶体上，晶体温度如果强度变化的光辐射入射到晶体上，晶体温度便随之发生变化，自发极化强度也随之发生变化，便随之发生变化，自发极化强度也随之发生
31、变化，便随之发生变化，自发极化强度也随之发生变化，便随之发生变化，自发极化强度也随之发生变化，最后导致面束缚电荷跟着变化。于是晶体表面上最后导致面束缚电荷跟着变化。于是晶体表面上最后导致面束缚电荷跟着变化。于是晶体表面上最后导致面束缚电荷跟着变化。于是晶体表面上就出现能测量出的电荷。就出现能测量出的电荷。就出现能测量出的电荷。就出现能测量出的电荷。极化强度极化强度极化强度极化强度P P（T T1 1）极化强度极化强度极化强度极化强度P P（T T2 2）i i懊堑烷泪咖舀坟缺写锈行袜绚圃诫骚兑泥磕挪老徊移掷毒能若窍撒裤格阶第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20241818
32、自由电荷对面电荷的中和作用需数秒到数小时，而自由电荷对面电荷的中和作用需数秒到数小时，而自由电荷对面电荷的中和作用需数秒到数小时，而自由电荷对面电荷的中和作用需数秒到数小时，而晶体的自发极化弛豫时间则很短，约为晶体的自发极化弛豫时间则很短，约为晶体的自发极化弛豫时间则很短，约为晶体的自发极化弛豫时间则很短，约为10101010-12-12-12-12s s s s。因。因。因。因此，当晶体温度按一定频率变化时，自由电荷来不此，当晶体温度按一定频率变化时，自由电荷来不此，当晶体温度按一定频率变化时，自由电荷来不此，当晶体温度按一定频率变化时，自由电荷来不及中和变化的面束缚电荷，晶体表面就呈现出相
33、应及中和变化的面束缚电荷，晶体表面就呈现出相应及中和变化的面束缚电荷，晶体表面就呈现出相应及中和变化的面束缚电荷，晶体表面就呈现出相应于温度变化的面电荷变化，这就是于温度变化的面电荷变化，这就是于温度变化的面电荷变化，这就是于温度变化的面电荷变化，这就是热释电效应热释电效应热释电效应热释电效应。这说明热释电探测器能工作于这说明热释电探测器能工作于这说明热释电探测器能工作于这说明热释电探测器能工作于交变的辐射功率交变的辐射功率交变的辐射功率交变的辐射功率之下。之下。之下。之下。极化强度极化强度极化强度极化强度P P（T T1 1）极化强度极化强度极化强度极化强度P P（T T2 2）i i领赃厨
34、仙售壕乖惺捕郡箕粱闸餐钻子垛艇陆憾魔筑裙骇殆升陆皇据苔铱琉第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20241919二、热释电探测器工作原理二、热释电探测器工作原理热释电晶体吸收频率为热释电晶体吸收频率为热释电晶体吸收频率为热释电晶体吸收频率为 的辐射以后，其温度及其自发的辐射以后，其温度及其自发的辐射以后，其温度及其自发的辐射以后，其温度及其自发极化强度也按频率极化强度也按频率极化强度也按频率极化强度也按频率 而变化，从而导致晶体表面电荷密而变化，从而导致晶体表面电荷密而变化，从而导致晶体表面电荷密而变化，从而导致晶体表面电荷密度也按频率度也按频率度也按频率度也按频率 而变化。
35、而变化。而变化。而变化。在晶体的相对两面敷上电极，如果在两电极之间接上负在晶体的相对两面敷上电极，如果在两电极之间接上负在晶体的相对两面敷上电极，如果在两电极之间接上负在晶体的相对两面敷上电极，如果在两电极之间接上负载，则负载上就有电流流过。可以表示为：载，则负载上就有电流流过。可以表示为：载，则负载上就有电流流过。可以表示为：载，则负载上就有电流流过。可以表示为：热释电晶体热释电晶体热释电晶体热释电晶体的极化矢量的极化矢量的极化矢量的极化矢量热释电材料的热释电热释电材料的热释电热释电材料的热释电热释电材料的热释电系数，是指自发极化系数，是指自发极化系数，是指自发极化系数，是指自发极化强度随温
36、度强度随温度强度随温度强度随温度 T T 的变化的变化的变化的变化率，单位为率，单位为率，单位为率，单位为（库仑（库仑（库仑（库仑/ /厘米厘米厘米厘米2 2 度）度）度）度）热释电探测热释电探测热释电探测热释电探测器电极面积器电极面积器电极面积器电极面积痴费埋衰务俗区养蕉动总扇腑灼膘嚏憋痴氨添懒缅舵讼前溃砍杖甄季液柄第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20242020热释电探测器结构示意图热释电探测器结构示意图热释电探测器结构示意图热释电探测器结构示意图光光光光透明电极透明电极透明电极透明电极热释电材料热释电材料热释电材料热释电材料R RL Lu u 热释电探测器的电压响
37、应正比于热释电系数热释电探测器的电压响应正比于热释电系数和温度变化和温度变化速率速率 ，而与晶体和入射辐射达到平衡的时间无关。，而与晶体和入射辐射达到平衡的时间无关。 值取决于材料本身的特性；值取决于材料本身的特性； 温度变化率与材料的吸收率和热容有关，吸收率愈大，热温度变化率与材料的吸收率和热容有关，吸收率愈大，热容愈小，则温度变化率就愈大。容愈小，则温度变化率就愈大。尿备铆谈膏斑嘿诲帚膏诵潮细桐碘失嘉闯拈献夫唾尘瑚逝倍类摸向路累囱第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20242121（a a）极间电容较大，故其不适于高速探测应用。）极间电容较大，故其不适于高速探测应用。）
38、极间电容较大，故其不适于高速探测应用。）极间电容较大，故其不适于高速探测应用。（b b）边电极结构中，电极所在的平面与光敏面互）边电极结构中，电极所在的平面与光敏面互）边电极结构中，电极所在的平面与光敏面互）边电极结构中，电极所在的平面与光敏面互相垂直，电极间距离较大，电极面积较小，故极间相垂直，电极间距离较大，电极面积较小，故极间相垂直，电极间距离较大，电极面积较小，故极间相垂直，电极间距离较大，电极面积较小，故极间电容较小，因此，在高频运用时以极间电容小的边电容较小，因此，在高频运用时以极间电容小的边电容较小，因此，在高频运用时以极间电容小的边电容较小，因此，在高频运用时以极间电容小的边电
39、极为宜。电极为宜。电极为宜。电极为宜。摄兑绣珠职牡彼梳威睛服答拷田谴静涩锦虫好最敖熄栗祝俭帜兽染迪碍疯第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20242222如果将热释电探测器跨接到放大器的输入端，则可表如果将热释电探测器跨接到放大器的输入端，则可表如果将热释电探测器跨接到放大器的输入端，则可表如果将热释电探测器跨接到放大器的输入端，则可表示为如图所示的等效电路。图中示为如图所示的等效电路。图中示为如图所示的等效电路。图中示为如图所示的等效电路。图中C Cd d、R Rd d为热释电探测为热释电探测为热释电探测为热释电探测器的电容和电阻。器的电容和电阻。器的电容和电阻。器的电容
40、和电阻。C CA A和和和和R RA A为放大器的电容和电阻。为放大器的电容和电阻。为放大器的电容和电阻。为放大器的电容和电阻。溶雇占繁馁圣圈诚琅忌哩覆摊坍仍锗嗣矛包堪茨藐丝锌跋要证挠隶坞钎讫第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20242323 输出电压的瞬时值输出电压的瞬时值输出电压的瞬时值输出电压的瞬时值由于由于由于由于则则则则光电流的瞬时值为光电流的瞬时值为光电流的瞬时值为光电流的瞬时值为于是于是于是于是跌盆鸦瞻牧屋孵禾列羊酷撅舆晒遗汁家嵌根山垢磨良工民勇涟铺沏也枢辑第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20242424三、热释电探测器的特性三、热释
41、电探测器的特性三、热释电探测器的特性三、热释电探测器的特性1 1） 响应率响应率响应率响应率当当当当 0 0，R RV V0 0当当当当 很小时，很小时，很小时，很小时，R RV V 当当当当 较大时，较大时，较大时，较大时，R RV V1/1/ 扣竭激盒矣拳肪控镭巍馁睡脂氏蔡芍漳暑肿趟悄敏攀汗己桅越汝瞻坛胯疗第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/202425252 2 2 2）噪声）噪声）噪声）噪声热释电探测器的噪声主要来自热释电探测器的噪声主要来自热释电探测器的噪声主要来自热释电探测器的噪声主要来自温度噪声温度噪声温度噪声温度噪声和和和和热噪声热噪声热噪声热噪声。温度噪声
42、电压为：温度噪声电压为：温度噪声电压为：温度噪声电压为：热噪声电压为：热噪声电压为：热噪声电压为：热噪声电压为：总噪声总噪声总噪声总噪声总电阻总电阻总电阻总电阻靠易烫靶嘛未椰行丸辙函狠沙茁潮久谆伟擦染艇骆琵汲波考染实泊昭密阑第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20242626 3 3 3 3） 响应时间响应时间响应时间响应时间热释电探测器的响应时间常数有两个：热释电探测器的响应时间常数有两个：热释电探测器的响应时间常数有两个：热释电探测器的响应时间常数有两个：通常通常通常通常 HH很大，而很大，而很大，而很大，而 E E 可以通过负载加以改变。可以通过负载加以改变。可以通过
43、负载加以改变。可以通过负载加以改变。当当当当 较大时，较大时，较大时，较大时，R RV V1/1/ ，即随着频率的升高，响应度会，即随着频率的升高，响应度会，即随着频率的升高，响应度会，即随着频率的升高，响应度会随着频率而下降。随着频率而下降。随着频率而下降。随着频率而下降。f fR RV V应讽芍瑞泳喇挫妊雅冯套瘦误屿已诧摘滋禾孺肾坟油爽撇浸栖丝坑遍祟琢第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/202427274 4） 阻抗持性阻抗持性阻抗持性阻抗持性热释电探测器是一种几乎纯容性器件。由于其电容量很热释电探测器是一种几乎纯容性器件。由于其电容量很热释电探测器是一种几乎纯容性器件
44、。由于其电容量很热释电探测器是一种几乎纯容性器件。由于其电容量很小，所以热释电探测器的阻抗非常高。这就要求必须配小，所以热释电探测器的阻抗非常高。这就要求必须配小，所以热释电探测器的阻抗非常高。这就要求必须配小，所以热释电探测器的阻抗非常高。这就要求必须配以高阻抗负载（热释电探测器的负载阻抗一般在以高阻抗负载（热释电探测器的负载阻抗一般在以高阻抗负载（热释电探测器的负载阻抗一般在以高阻抗负载（热释电探测器的负载阻抗一般在10109 9以上）。以上）。以上）。以上）。由于结型场效应器件（由于结型场效应器件（由于结型场效应器件（由于结型场效应器件（JEFTJEFT）的输入阻抗高，噪声又）的输入阻抗
45、高，噪声又）的输入阻抗高，噪声又）的输入阻抗高，噪声又小，所以常用小，所以常用小，所以常用小，所以常用JEFTJEFT器件作热释电探测器的前置放大器。器件作热释电探测器的前置放大器。器件作热释电探测器的前置放大器。器件作热释电探测器的前置放大器。光光光光R RL Lu uR RJEFTJEFTV V棺服协号问店咖渭烽横定壕类充鲤差疹窘横既喳腑闽岳舞泅萍钒剪黔痹主第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/202428285 5 5 5）理化特性）理化特性）理化特性）理化特性应当特别注意，由于热释电材料具有压电特性，因而对应当特别注意，由于热释电材料具有压电特性，因而对应当特别注意，
46、由于热释电材料具有压电特性，因而对应当特别注意，由于热释电材料具有压电特性，因而对微震等应变十分敏感，在使用热释电探测器时，应注意微震等应变十分敏感，在使用热释电探测器时，应注意微震等应变十分敏感，在使用热释电探测器时，应注意微震等应变十分敏感，在使用热释电探测器时，应注意减震防震。减震防震。减震防震。减震防震。谤娟茅赋咱渺挝惩组凌适受撰儡颊分味钱胀林娥缄丰菇晓关嘎易绘厦素用第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20242929四、常用的热释电探测器四、常用的热释电探测器四、常用的热释电探测器四、常用的热释电探测器研究发现，真正能满足器件要求的热释电材料仅有十多研究发现，真正
47、能满足器件要求的热释电材料仅有十多研究发现，真正能满足器件要求的热释电材料仅有十多研究发现，真正能满足器件要求的热释电材料仅有十多种，其中最主要的有：种，其中最主要的有：种，其中最主要的有：种，其中最主要的有：TGSTGSTGSTGS硫酸三甘肽硫酸三甘肽硫酸三甘肽硫酸三甘肽SBNSBNSBNSBN铌酸锶钡铌酸锶钡铌酸锶钡铌酸锶钡LT LT LT LT 钽酸锂钽酸锂钽酸锂钽酸锂LN LN LN LN 铌酸锂铌酸锂铌酸锂铌酸锂PT PT PT PT 钛酸铅等。钛酸铅等。钛酸铅等。钛酸铅等。在实际应用中，往往从形态上把热释电材料分为在实际应用中，往往从形态上把热释电材料分为在实际应用中，往往从形态上
48、把热释电材料分为在实际应用中，往往从形态上把热释电材料分为单晶单晶单晶单晶、陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷和和和和薄膜薄膜薄膜薄膜三类。三类。三类。三类。瘤庇御男狂琼刁两营揖钾厩劲掖甩又争郊舍里骆噶违疗嘉秘拓拆跑厄尘锌第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20243030当吸收光辐射而温度升高时，金属的电阻会增加，而半导当吸收光辐射而温度升高时，金属的电阻会增加，而半导当吸收光辐射而温度升高时，金属的电阻会增加，而半导当吸收光辐射而温度升高时，金属的电阻会增加，而半导体材料的电阻会降低。从材料电阻变化可测定被吸收的光体材料的电阻会降低。从材料电阻变化可测定被吸收的光体材料的电阻会降低。从材
49、料电阻变化可测定被吸收的光体材料的电阻会降低。从材料电阻变化可测定被吸收的光辐射功率的探测器就是辐射功率的探测器就是辐射功率的探测器就是辐射功率的探测器就是热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻。最简单的热敏电阻是一根短的细丝。在工作温度下，它有最简单的热敏电阻是一根短的细丝。在工作温度下，它有最简单的热敏电阻是一根短的细丝。在工作温度下，它有最简单的热敏电阻是一根短的细丝。在工作温度下，它有一定的电阻值。当细丝吸收了光辐射而升温时，测出温度一定的电阻值。当细丝吸收了光辐射而升温时，测出温度一定的电阻值。当细丝吸收了光辐射而升温时，测出温度一定的电阻值。当细丝吸收了光辐射而升温时，测出温度变化所引起
50、的电阻变化，就可确定所吸收的辐射能量。变化所引起的电阻变化，就可确定所吸收的辐射能量。变化所引起的电阻变化，就可确定所吸收的辐射能量。变化所引起的电阻变化，就可确定所吸收的辐射能量。6 63 3 热敏电阻热敏电阻享埔裹盈瞩侩贞怀罢为卯细缩姆旋窑撰纷誉滑镣腿扳琉逛旋氧妻苯崖萝键第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20243131一、热敏电阻工作原理一、热敏电阻工作原理热敏电阻的电阻随温度变化用热敏电阻的电阻随温度变化用热敏电阻的电阻随温度变化用热敏电阻的电阻随温度变化用温度系数温度系数温度系数温度系数来表征：来表征：来表征：来表征：对于小的温度变化，可表示为对于小的温度变化，
51、可表示为对于小的温度变化，可表示为对于小的温度变化，可表示为在没有辐射但有偏置电流流通时，电流在热敏电阻上产生在没有辐射但有偏置电流流通时，电流在热敏电阻上产生在没有辐射但有偏置电流流通时，电流在热敏电阻上产生在没有辐射但有偏置电流流通时，电流在热敏电阻上产生的焦耳热使它的温度增高，热平衡方程是：的焦耳热使它的温度增高，热平衡方程是：的焦耳热使它的温度增高，热平衡方程是：的焦耳热使它的温度增高，热平衡方程是：祝页女食刷颜浚士峭猿萍衙酉微脑委贼惧犯野鸭凿拖滦嘴悔累歪沸激哭虱第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20243232 稳定状态，第一项代表热容量稳定状态，第一项代表热容
52、量稳定状态，第一项代表热容量稳定状态，第一项代表热容量 H H 对温度变化率的影响为零，对温度变化率的影响为零，对温度变化率的影响为零，对温度变化率的影响为零，热敏电阻的温度从热敏电阻的温度从热敏电阻的温度从热敏电阻的温度从T T0 0增到增到增到增到T T1 1，有如下的关系：，有如下的关系：，有如下的关系：，有如下的关系：G G0 0代表无入射辐射时热敏电阻的热导。代表无入射辐射时热敏电阻的热导。代表无入射辐射时热敏电阻的热导。代表无入射辐射时热敏电阻的热导。R RL LR RB BV Vb bC CV V横上树道孺净揩饶胺编函图掂培枕媳乳搂引薛帖总禾户御爱取药樟浸刻离第6章热探测器第6章
53、热探测器7/24/20247/24/20243333若有入射辐射功率投射到热敏电阻上，它的温度将随着入若有入射辐射功率投射到热敏电阻上，它的温度将随着入若有入射辐射功率投射到热敏电阻上，它的温度将随着入若有入射辐射功率投射到热敏电阻上，它的温度将随着入射辐射而变化。射辐射而变化。射辐射而变化。射辐射而变化。设入射辐射功率为设入射辐射功率为设入射辐射功率为设入射辐射功率为 ，热平衡方程是，热平衡方程是，热平衡方程是，热平衡方程是 简单变换后，可以写为简单变换后，可以写为简单变换后，可以写为简单变换后，可以写为热敏电阻温度热敏电阻温度热敏电阻温度热敏电阻温度变化时，偏置变化时，偏置变化时，偏置变化
54、时，偏置电流所产生的电流所产生的电流所产生的电流所产生的焦耳热的变化焦耳热的变化焦耳热的变化焦耳热的变化为热敏电阻的有为热敏电阻的有为热敏电阻的有为热敏电阻的有效热导效热导效热导效热导殖授稍磨例旨锭编就淆宪期幽敌绅朔拼苔厢晾傈蛙弊振歼弱巳捉搔坦愧涝第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20243434 其中：其中：其中：其中： 解方程，有解方程，有解方程，有解方程，有讨论：讨论：讨论：讨论：1 1）若）若）若）若G G00，则第一项随时间迅速趋于零，得到稳定值。，则第一项随时间迅速趋于零，得到稳定值。，则第一项随时间迅速趋于零，得到稳定值。，则第一项随时间迅速趋于零，得到稳定
55、值。2 2）若）若）若）若G G0R RL L，G GT T= =G G0 0，则烧毁条件为：，则烧毁条件为：，则烧毁条件为：，则烧毁条件为：A A）对正电阻温度系数的材料（金属），不满足上式。）对正电阻温度系数的材料（金属），不满足上式。）对正电阻温度系数的材料（金属），不满足上式。）对正电阻温度系数的材料（金属），不满足上式。B B）对负电阻温度系数的材料，就有可能满足上式。）对负电阻温度系数的材料，就有可能满足上式。）对负电阻温度系数的材料，就有可能满足上式。）对负电阻温度系数的材料，就有可能满足上式。3 3）显然，若）显然，若）显然，若）显然，若R RL L R RB B，则偏置电流值
56、完全决定于，则偏置电流值完全决定于，则偏置电流值完全决定于，则偏置电流值完全决定于R RL L，而，而，而，而不受不受不受不受R RB B的影响，不会发生烧毁现象。的影响，不会发生烧毁现象。的影响，不会发生烧毁现象。的影响，不会发生烧毁现象。4 4）若）若）若）若R RB B R RB B时正常工作状态时正常工作状态时正常工作状态时正常工作状态 ）为：）为：）为：）为：暖衡燃盟熙方岳互皱褐介全屿锤河诬庚蒜枣潮阅况孩蕊坚帮赢盆飘徐抖范第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20243636二、热敏电阻的特性二、热敏电阻的特性二、热敏电阻的特性二、热敏电阻的特性1 1 1 1）响应
57、率）响应率）响应率）响应率 讨论：讨论：讨论：讨论：A)A) 电源电压电源电压电源电压电源电压V Vb b的增加受噪声和热敏电阻功率耗散的的增加受噪声和热敏电阻功率耗散的的增加受噪声和热敏电阻功率耗散的的增加受噪声和热敏电阻功率耗散的限制；限制；限制；限制；B B） 绝对值：绝对值：绝对值：绝对值： T T半导体半导体半导体半导体 T T金属金属金属金属；C C） 表面涂黑，增加吸收；表面涂黑，增加吸收；表面涂黑，增加吸收；表面涂黑，增加吸收；D D） 减小减小减小减小G G 、增加、增加、增加、增加R RB B，R RV V增大，响应时间增加，增大，响应时间增加，增大，响应时间增加，增大，响
58、应时间增加， 要折衷考虑。要折衷考虑。要折衷考虑。要折衷考虑。翟躇韶档嫂墅库疡芳兆碰挺柳佃越搬矾武赃蜂抨鸽米抉见润悔潭肖娩僚伎第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/202437372 2）频率响应）频率响应R RV V0 0是是是是 0 0时热敏电阻的电压响应率。时热敏电阻的电压响应率。时热敏电阻的电压响应率。时热敏电阻的电压响应率。由于热敏电阻的时间常数由于热敏电阻的时间常数由于热敏电阻的时间常数由于热敏电阻的时间常数 T T较大较大较大较大(1(1200ms)200ms)，所以这种热，所以这种热，所以这种热，所以这种热探测器的工作频率很少能达到探测器的工作频率很少能达到探
59、测器的工作频率很少能达到探测器的工作频率很少能达到100Hz100Hz。由于由于由于由于 T T较大，较大，较大，较大，R RV V()()随随随随 的增加而降低。的增加而降低。的增加而降低。的增加而降低。 频率频率/Hz探探测测率率/dB T T8ms8ms T T4ms4ms T T1ms1ms T T2ms2ms滁畏宅找车辨铁乞萍满谁恐劣贼锻函皿萄协毡哀惜躯鸟萝动樟生浅吓甫聚第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/202438383 3）噪声和比探测率）噪声和比探测率热敏电阻的基本噪声有热敏电阻的基本噪声有热敏电阻的基本噪声有热敏电阻的基本噪声有热噪声热噪声热噪声热噪声、
60、温度噪声温度噪声温度噪声温度噪声和和和和电流噪声电流噪声电流噪声电流噪声。热噪声功率：热噪声功率：热噪声功率：热噪声功率：温度噪声功率：温度噪声功率：温度噪声功率：温度噪声功率：电流噪声功率：电流噪声功率：电流噪声功率：电流噪声功率：式中：式中：A材材 是与热敏电阻材料有关的常数；是与热敏电阻材料有关的常数；I 是通过热敏电阻的电流；是通过热敏电阻的电流；f 是热敏电阻的工作频率；是热敏电阻的工作频率；R 是热敏电阻的阻值。是热敏电阻的阻值。拄侯功采竞折娇滋唉烙极腑归遮接蛀摊粹算汕卿羞馈雀附警深伙虱扑词稠第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20243939 总的噪声电压为：
61、总的噪声电压为：总的噪声电压为：总的噪声电压为：则：则：则：则： 如果将探测器如果将探测器如果将探测器如果将探测器面积减小而又能保持所接收的辐射面积减小而又能保持所接收的辐射面积减小而又能保持所接收的辐射面积减小而又能保持所接收的辐射能不减少能不减少能不减少能不减少，则噪声可以减小，因为噪声电压与光，则噪声可以减小，因为噪声电压与光，则噪声可以减小，因为噪声电压与光，则噪声可以减小，因为噪声电压与光探测器光敏面积探测器光敏面积探测器光敏面积探测器光敏面积A Ad d的平方根成正比，这样便可改的平方根成正比，这样便可改的平方根成正比，这样便可改的平方根成正比，这样便可改善热敏电阻的性能。善热敏电
62、阻的性能。善热敏电阻的性能。善热敏电阻的性能。箭圆附暇馈众颊谭夺溃俄俭一爸当画三旧城滨摩哇裔奴览蝗宝上胜进欢犯第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20244040“光学浸没光学浸没”技术技术提高比探测率。提高比探测率。浸没型热敏电阻主要采用一个半球形透镜，用一浸没型热敏电阻主要采用一个半球形透镜，用一浸没型热敏电阻主要采用一个半球形透镜，用一浸没型热敏电阻主要采用一个半球形透镜，用一种具有适当折射率的胶合剂将热敏电阻粘接在透种具有适当折射率的胶合剂将热敏电阻粘接在透种具有适当折射率的胶合剂将热敏电阻粘接在透种具有适当折射率的胶合剂将热敏电阻粘接在透镜的背面，这对具有一定尺寸
63、的光敏面来说，相镜的背面，这对具有一定尺寸的光敏面来说，相镜的背面，这对具有一定尺寸的光敏面来说，相镜的背面，这对具有一定尺寸的光敏面来说，相当于增大了接收立体角，即增大了辐射功率密度，当于增大了接收立体角，即增大了辐射功率密度，当于增大了接收立体角，即增大了辐射功率密度，当于增大了接收立体角，即增大了辐射功率密度，从而提高了探测率。从而提高了探测率。从而提高了探测率。从而提高了探测率。欣泅磋恰烃尘阻簿禹以油垢骡缄乳撅烁乃南洗两尔剂熟喉却惠铱纯虑马历第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20244141在这种情况下，光敏面积减小到原来的在这种情况下，光敏面积减小到原来的 (其
64、中其中n为透镜材料的折射率为透镜材料的折射率)，如果用锗材料制作浸没，如果用锗材料制作浸没透镜，其透镜，其n4，于是光敏面的有效面积减小到原，于是光敏面的有效面积减小到原来的来的1/16 。如果采用超半球浸没透镜，可使光敏面的有效面如果采用超半球浸没透镜，可使光敏面的有效面积减小到原来的积减小到原来的 。稼保送冬综蚁位膊阀虏陌宽漫铰班快铂其拽私行伤喷吗朽鸭饲之付柒淀辰第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20244242热敏电阻的主要特点：热敏电阻的主要特点：灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大灵敏度较高
65、，其电阻温度系数要比金属大1010100100倍倍倍倍以上，能检测出以上，能检测出以上，能检测出以上，能检测出1010-6-6的温度变化；的温度变化；的温度变化；的温度变化；工作温度范围宽，常温器件适用于工作温度范围宽，常温器件适用于工作温度范围宽，常温器件适用于工作温度范围宽，常温器件适用于-55-55315315，高温器件适用温度高于高温器件适用温度高于高温器件适用温度高于高温器件适用温度高于315315（目前最高可达到（目前最高可达到（目前最高可达到（目前最高可达到20002000），低温器件适用于），低温器件适用于），低温器件适用于），低温器件适用于-273-2735555；体积小，能
66、够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；体及生物体内血管的温度；体及生物体内血管的温度；体及生物体内血管的温度；使用方便，电阻值可在使用方便，电阻值可在使用方便，电阻值可在使用方便，电阻值可在0.10.1100k100k间任意选择；间任意选择；间任意选择；间任意选择；易加工成复杂的形状，可大批量生产；易加工成复杂的形状，可大批量生产；易加工成复杂的形状，可大批量生产；易加工成复杂的形状，可大批量生产；们辞端殴衫弯绪沦悔崩赁票攒园哥粥夏杖态擒题惩憎
67、嫉炸阳副额样迷拿濒第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20244343热敏电阻的应用：热敏电阻的应用：可以作为测量元件（如测量温度、流量、液位等）可以作为测量元件（如测量温度、流量、液位等）可以作为测量元件（如测量温度、流量、液位等）可以作为测量元件（如测量温度、流量、液位等）; ; ; ;可以作为控制元件（如热敏开关、限流器）和电可以作为控制元件（如热敏开关、限流器）和电可以作为控制元件（如热敏开关、限流器）和电可以作为控制元件（如热敏开关、限流器）和电路补偿元件路补偿元件路补偿元件路补偿元件; ; ; ;热敏电阻广泛用于家用电器、电力工业、通讯、热敏电阻广泛用于家用电器
68、、电力工业、通讯、热敏电阻广泛用于家用电器、电力工业、通讯、热敏电阻广泛用于家用电器、电力工业、通讯、军事科学、宇航等各个领域，发展前景极其广阔。军事科学、宇航等各个领域，发展前景极其广阔。军事科学、宇航等各个领域，发展前景极其广阔。军事科学、宇航等各个领域，发展前景极其广阔。 晶丈抓园鼻涉譬骸笺府渊沦斧畦丧蠢沙答罪辊愤翼派虹送疙鄂旨壤跪庐琵第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20244444一、一、测辐射测辐射热电偶工作原理热电偶工作原理热电偶是利用热能和电能相互转化的热电偶是利用热能和电能相互转化的热电偶是利用热能和电能相互转化的热电偶是利用热能和电能相互转化的温差电效
69、应温差电效应温差电效应温差电效应制成的热探测器。制成的热探测器。制成的热探测器。制成的热探测器。当两种不同材料（可以是金属或半导体）两端并当两种不同材料（可以是金属或半导体）两端并当两种不同材料（可以是金属或半导体）两端并当两种不同材料（可以是金属或半导体）两端并联熔接时，如果两个结点出现温差时，在该两点联熔接时，如果两个结点出现温差时，在该两点联熔接时，如果两个结点出现温差时，在该两点联熔接时，如果两个结点出现温差时，在该两点间就有电动势产生，通过该两点的闭合回路中就间就有电动势产生，通过该两点的闭合回路中就间就有电动势产生，通过该两点的闭合回路中就间就有电动势产生，通过该两点的闭合回路中就
70、有电流流过，这就是有电流流过，这就是有电流流过，这就是有电流流过，这就是温差电效应温差电效应温差电效应温差电效应。6 64 4 测辐射热电偶测辐射热电偶屡刚巨疗弟源桃摧雨饥熄吾捎答开血时涵捂星绳饵渴挠辰肉计媚梢燥瀑祝第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20244545如果把冷端分开并与一个电表相接，那么当光照如果把冷端分开并与一个电表相接，那么当光照如果把冷端分开并与一个电表相接，那么当光照如果把冷端分开并与一个电表相接，那么当光照熔接端熔接端熔接端熔接端( ( ( (称为电偶接头称为电偶接头称为电偶接头称为电偶接头) ) ) )时，吸收光能使电偶接头时，吸收光能使电偶接头
71、时，吸收光能使电偶接头时，吸收光能使电偶接头温度升高，电表就有相应的电流读数，电流的数温度升高，电表就有相应的电流读数，电流的数温度升高，电表就有相应的电流读数，电流的数温度升高，电表就有相应的电流读数，电流的数值就间接反映了光照能量大小。通常称这种热探值就间接反映了光照能量大小。通常称这种热探值就间接反映了光照能量大小。通常称这种热探值就间接反映了光照能量大小。通常称这种热探测器为测器为测器为测器为热电偶热电偶热电偶热电偶。电极电极电极电极A A电极电极电极电极B BJ J1 1（测量端）（测量端）（测量端）（测量端）（热端）（热端）（热端）（热端）J J2 2（参考端）（参考端）（参考端）
72、（参考端）（冷端）（冷端）（冷端）（冷端）R RL LT TT T0 0+ + T TA AB BT T0 0T T0 0煞慑悔衅拜簇己肢毕碾懂匹勘静迸蛙哟鸡跳妮按份藕帮玖葵悔舷素粳痕拒第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20244646 温差电势为温差电势为温差电势为温差电势为当交变的光辐射当交变的光辐射当交变的光辐射当交变的光辐射P Pe ej jwtwt入射到光敏面时，热平衡方程为：入射到光敏面时，热平衡方程为：入射到光敏面时，热平衡方程为：入射到光敏面时，热平衡方程为：解之得：解之得：解之得：解之得： 其中：其中：其中：其中：于是：于是：于是：于是： 其中：其中：其
73、中：其中：温差电势率塞贝克系温差电势率塞贝克系温差电势率塞贝克系温差电势率塞贝克系数，由热电极材料决定数，由热电极材料决定数，由热电极材料决定数，由热电极材料决定 添拙讣佃尚墨斥鞍析鹅芋痴今桅倡燃游驭坛垣芬我庞利悲赌材攫倘桌农视第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20244747二、热电偶特性二、热电偶特性二、热电偶特性二、热电偶特性1 1 1 1）响应率）响应率）响应率）响应率低频时（低频时（低频时（低频时（ ）：）：）：）： （真空中可减小（真空中可减小（真空中可减小（真空中可减小G Gt t）高频时（高频时（高频时（高频时（ ）：）：）：）： （R Rv v与与与与成
74、反比）成反比）成反比）成反比）佣关销抡驻让持办领兵辗赶揣交刚签曳删硷法僳浚牺童啦斟叉禽板裸缺绞第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20244848 2 2 2 2）噪声）噪声）噪声）噪声热噪声：热噪声：热噪声：热噪声：温度噪声：温度噪声：温度噪声：温度噪声：总噪声功率：总噪声功率：总噪声功率：总噪声功率：最小可探测功率最小可探测功率最小可探测功率最小可探测功率P Pminmin：一般地：热电偶的一般地：热电偶的一般地：热电偶的一般地：热电偶的P Pminmin在在在在1010-10-101010-11-11WW之间。之间。之间。之间。乱鸟遭觅鳃箍页铜奖遥神矮漱甲疚卵基贫敏逛
75、丝传墓响卓渴季匈钠各亏弓第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20244949 3 3）电阻）电阻热电偶的电阻值决定于所用的材料和结构。一般热电偶的热电偶的电阻值决定于所用的材料和结构。一般热电偶的热电偶的电阻值决定于所用的材料和结构。一般热电偶的热电偶的电阻值决定于所用的材料和结构。一般热电偶的阻值不大（为几十欧姆），为使热电偶与放大器匹配，必阻值不大（为几十欧姆），为使热电偶与放大器匹配，必阻值不大（为几十欧姆），为使热电偶与放大器匹配，必阻值不大（为几十欧姆），为使热电偶与放大器匹配，必须利用变压器输入，结果使装置的结构复杂化。须利用变压器输入，结果使装置的结构复杂化。
76、须利用变压器输入，结果使装置的结构复杂化。须利用变压器输入，结果使装置的结构复杂化。4 4）响应时间）响应时间一般热电偶的响应时间为几十毫秒到几秒，所以只能对很一般热电偶的响应时间为几十毫秒到几秒，所以只能对很一般热电偶的响应时间为几十毫秒到几秒，所以只能对很一般热电偶的响应时间为几十毫秒到几秒，所以只能对很低的调制频率才有较高的响应率。低的调制频率才有较高的响应率。低的调制频率才有较高的响应率。低的调制频率才有较高的响应率。娩馋尚伤寨浇亡扰感洽矗耕蝶泰司介除呻阁断锁茂淄屹享舔降碧末梧显诬第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20245050特点特点装配简单，更换方便装配简单
77、，更换方便装配简单，更换方便装配简单，更换方便压簧式感温元件，抗震性能好压簧式感温元件，抗震性能好压簧式感温元件，抗震性能好压簧式感温元件，抗震性能好 测量范围大测量范围大测量范围大测量范围大 机械强度高，耐压性能好机械强度高，耐压性能好机械强度高，耐压性能好机械强度高，耐压性能好 耐高温可达耐高温可达耐高温可达耐高温可达2400240024002400度度度度 蓟趁着笆戮止篙碴翌嘲屑风鬼罐拭沥掉墓紧魏玛金珍滁凰拜猜盯戳蛋访汐第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20245151三、热电堆三、热电堆三、热电堆三、热电堆将若干个热电偶串接起来就构成了测辐射热电堆。将若干个热电偶
78、串接起来就构成了测辐射热电堆。将若干个热电偶串接起来就构成了测辐射热电堆。将若干个热电偶串接起来就构成了测辐射热电堆。优点：优点：优点：优点：uu每个结上产生的电压相加从而提高了输出电压；每个结上产生的电压相加从而提高了输出电压；每个结上产生的电压相加从而提高了输出电压；每个结上产生的电压相加从而提高了输出电压；uu串联连接使热电偶的电阻增大，易于与放大器匹配串联连接使热电偶的电阻增大，易于与放大器匹配串联连接使热电偶的电阻增大，易于与放大器匹配串联连接使热电偶的电阻增大，易于与放大器匹配uu串联连接还可降低测辐射热电偶的响应时间。串联连接还可降低测辐射热电偶的响应时间。串联连接还可降低测辐射热电偶的响应时间。串联连接还可降低测辐射热电偶的响应时间。热电堆类型有两类：金属（丝）热电堆薄膜热电堆。热电堆类型有两类：金属（丝）热电堆薄膜热电堆。热电堆类型有两类：金属（丝）热电堆薄膜热电堆。热电堆类型有两类：金属（丝）热电堆薄膜热电堆。姓歌豁防建急纽踪船或翘馏职滑聪坍厄饺华键赡殴玉帐喘妻忽甭道鞋纽癸第6章热探测器第6章热探测器7/24/20247/24/20245252
