热释电探测器简介.pptx

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1、Catalogue1、热释电效应的历史和发展2、热释电效应原理3、热释电材料4、热释电探测器构造和工作原理5、热释电探测器特点6、热释电探测器的应用7、未来发展趋势第1页/共19页1、热释电效应（探测器）的历史和发展早在公元前315年，古希腊学者在论石头一书曾有这样的叙述：电气石不仅能吸引麦桔屑和小木片，而且也能吸引铜或铁的薄片。这可能是有关热释电现象的最早记录。到l9世纪末，关于热释电效应定量的和理论的研究开始增多。2O世纪6O年代，激光和红外技术的发展，促进了热释电效应及其应用的研究，至今发现和改进了系列重要的热释电材料，研制出了性能优良的热释电探测器和热释电摄像管等器件。目前，研究热释电

2、效应是固体物理中活跃的研究领域之一，热释电效应在许多方面得到广泛应用。第2页/共19页 成品实物图第3页/共19页2、热释电效应原理热释电效应：当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象，被称为热释电效应。热释电材料晶体内正、负电荷中心并不重合，晶体原子具有一定电矩；也就是说晶体本身具有自发极化特性。但介质中的电偶极子排列杂乱,宏观不显极性。第4页/共19页热诱导的电偶极子在平衡轴附近的随机摆动热释电材料的温度升高，电偶极子剧烈的摆动，平均自发极化降低，感生电荷的量也减少热释电材料被冷却，电偶极子更小的角度范围内摆动，自发极化将增强，感生电荷的

3、量也增加第5页/共19页当热释电材料的温度升高，温度的增加将导致电偶极子在各自的对称轴附近更加剧烈的摆动。由于摆角的增加，总的平均自发极化降低了。于是电极上感生电荷的量减少，从而产生了电子的流动。如果热释电材料被冷却而不是被加热，由于较低的热激活能，电偶极子在更小的角度范围内摆动，自发极化将增强。相应的电极上感生电荷的量也增加。第6页/共19页热释电材料单畴极化(外加电场)介质材料中存在不同的电偶极矩，由于分子间正负电荷中心不重合而产生的偶极矩称固有电偶极矩。热释电效应只能发生在不具有中心对称的晶体材料中。热释电材料同普通的热电材料不同，它们有自极化效应，即使在没有外电场的情况下，也存在电偶极

4、矩。热释电材料当温度不变时，晶体表面的电荷被来自外部的自由电荷中和。晶体温度变化越大，极化强度变化就越大，表示大量的电荷聚集在电极。第7页/共19页3、热释电材料铁电体的自发极化强度PS（单位面积上的电荷量）与温度的关系如图所示，随着温度的升高，极化强度减低，当温度升高到一定值，自发极化突然消失，这个温度常被称为“居里温度”或“居里点”。在居里点以下，极化强度PS是温度T的函数。其常用的材料有：l单晶(LiNbO3 LiTaO3 等)、l压电陶瓷（PZT等）l高分子薄膜（PVFZ等）第8页/共19页当晶体的温度均匀变化时，晶体的自发极化强度矢量Pi随之变化Pi是热释电系数，是一个矢量，大多数晶

5、体的自发极化随温度增加而下降。热释电系数为负值，温度升高，热运动倾向于干扰晶体中电矩的有序取向，使固有极化强度减小。3.1、热释电系数 第9页/共19页3.2、常见热释电（材料）系数 第10页/共19页4、热释电探测器构造和工作原理图（a）所示的面电极结构中，电极置于热释电晶体的前后表面上,其中一个电极位于光敏面内。这种电极结构的电极面积较大，极间距离较二 热释电探测器的电路连接少，因而极间电容较大，故其不适于高速应用。图（b）所示的边电极结构中，电极所在的平面与光敏面互相垂直，电极间距较大，电极面积较小，因此极间电容较小。由于热释电器件的响应速度受极间电容的限制，因此，在高速运用时以极间电容

6、小的边电极为宜。第11页/共19页4.1结构图热释电传感器内部结构图如图1所示。光线从(1)窗进入，经过(2)滤光片到达(3)热释电元件，从而产生电信号，电信号经过(4)引线输出。图1.结构内部图图2.结构外部图第12页/共19页4.2、热释电探测器的输出电流第13页/共19页4.3、热释电探测器的输出电压当沿着垂直于Ps的方向将晶体切成薄片，并在表面淀积金属电极时，随着温度的变化，两电极间就会出现一个与热释电系数和温度变化速率成正比的电压第14页/共19页5、热释电探测器特点第15页/共19页6、热释电探测器的应用光辐射的光谱范围:紫外光波段:0.10.38um可见光波段:0.380.78u

7、m红外光波段:0.78300um人体皮肤温度在人体皮肤温度在3737时，大约有时，大约有3232辐射能量辐射能量在在8-12um8-12um波段波段范围，范围，仅有仅有1 1的辐射能量在的辐射能量在3.2um3.2um波段波段内。内。人体辐射探测人体辐射探测常是安全和军常是安全和军事信息的重要任务，在医学诊断事信息的重要任务，在医学诊断上也有重要价值。上也有重要价值。目前应用最多的是检测人的传感器。广泛用于防盗报警系统、房间自助开灯控制、自动门和其它安全及自动化装置中。国外有把热释电传感器安装在售货机上，有人接近时机器可以语音告知。第16页/共19页红外线通过菲涅耳滤光片增强后聚集到红外线通过

8、菲涅耳滤光片增强后聚集到热释电元件热释电元件，这种元件，这种元件在接收到人体红外辐射变化时就会失去电荷平衡，向外释放电在接收到人体红外辐射变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，经检测处理后就能产生荷，经检测处理后就能产生报警信号报警信号。菲涅耳菲涅耳滤光片滤光片：由一组透镜组成。当人体从一个单元视场进出：由一组透镜组成。当人体从一个单元视场进出一次，敏感源的红外辐射也接受一次，温度变化一次，从而输一次，敏感源的红外辐射也接受一次，温度变化一次，从而输出相应的信号。连续的走动，便产生连续的脉冲信号，形成连出相应的信号。连续的走动，便产生连续的脉冲信号，形成连续的续的“报警信号报警信号”。第17页/共19页7、未来发展趋势近年来发展了快速热释电器件。快速热释电器件一般都设计成同轴结构，将光敏元置于阻抗为50的同轴线的一端，采用面电极结构时，时间常数可达到1ns左右，采用边电极结构时，时间常数可降至几个ps。1、新型材料和处理技术 的发展（提高探测率，响应波长）3、热释电红外传感器的大型化和多功能（家庭自动化、大面积安全监视）2、传感器的智能化（内置未处理器）第18页/共19页感谢您的观看！第19页/共19页