第三章热电探测器件1.ppt

光辐射检测设备列表(光子检测设备)，(光电发射检测设备)，1，物理过程监视：设备吸收入射辐射功率以引起温度上升，温度上升检测随温度变化的多种材料变化的性能变化之一，以检测辐射的存在和强度。此过程相对较慢，一般响应时间大部分是毫秒。另外，代替利用部分光子的能量，利用热介面材料吸收入射辐射的总功率，产生温度上升的热电探测器，各种波长的辐射对响应有贡献。因此热电探测器部件的突出特点是光谱响应范围特别大，从紫外线到红外线，具有几乎相同响应的光谱特性曲线近似为几乎扁平的线。第三章热电检测器部件、热电检测器大体上分为热电、热敏电阻、气动和超导四类。本章首先讨论热电探测器的共同原理，然后分别介绍像这样的各种具体装置。热电探测器分析可分为两个阶段。第一步根据系统的热力学特性确定入射辐射引起的温升，此分析适用于各种热电探测器。第二步是根据温度上升来确定特定探测器输出信号的性能。3-1热电检测器部件的基本原理是热电检测器部件和普通温度计的重要区别，希望在相同入射辐射下提高较大的温度，即检测器和外部的热力耦合和热容量、调制频率等较小。两者都具有随温度变化而变化的性能，但是热电探测器需要的不是尽可能有优秀的热接触，而是达到热平衡。但是在与入射辐射进行最佳交互的同时，要尽量减少与外部的热接触。热电探测器的时间常数定义为=CQ qcq:热容，RQ:热阻。的数目级别约为几毫秒到几秒，远远大于光电设备的时间常数。因此，热电探测器在频率响应等方面不如光电探测器。要缩小探测器的热容量，必须考虑结构强度，使探测器的结构变小、变轻。热阻RQ对探测器的灵敏度和时间常数的影响：RQ很大，灵敏度高，但响应时间长。因此，设计和选择热电探测器时必须经过折衷方案。探测器是与外部世界的热耦合，主要有辐射交换和热传导两种形式。其中辐射交换的热阻最大。统计计算表明，探测器达到与外部世界的热平衡时，探测器的功率波动平均平方根值为 wt=(4kt2g f) 1/2式，k是波兹曼常数，g是热导。 f是测试系统的频带宽度。实际上， wt是温度波动引起的探测器噪音。g为g=GQ=1/rq时， wt为nep: nep=(4k T2 GQ f) 1/2(通常为l0-11W级)，3-2热电偶和热电偶，热电偶为热电偶(也称为热电探测器)工作原理是温差效应。例如，由两种不同导体材料组成的触点可以在触点上产生电动势。此电动势的大小和方向与该触点上两种不同导体材料的特性和两个触点上的温差相关。将这两种不同的导体材质合并到回路中时，如果两个接头的温度不同，回路将产生电流。这种现象称为温差效应或塞贝克效应。构成温差的材料可以是金属和半导体。可能是结构上的线、条带实体或真空沉积技术，或用照片光刻制作的胶片。实用型热电(许多温差成行连接)主要用于测量辐射，例如各种光源的校准、各种发射量的测量、红外分光光度计或红外光谱仪的发射接收器等。温差变化的原理结构，温差接收辐射的一端打开，另一端称为冷端。为了提高吸收系数，在10端挂了涂黑的金箔。半导体材料构成的温差电偶、热端接收辐射产生温度上升，半导体的载体动能增加。因此，大部分载流量必须从热端扩散到冷端，结果p型材料热端有负电，冷端有正电。n型材料的情况正好相反。冷端打开时，断路电压为：温差变化的构成，uoc=m t，表示式中，m也称为比率系数、sebek常数和温差电位率(v/c)。 t是温度增量。温差galbani的响应率为r=ul/ ul:冷端负荷下产生的电压降。:要提高进入探测器的辐射通量、温差变化剂的灵敏度(响应率)、温差变化剂的响应率，必须选择温差变化电位较大的材料，并增加吸收系数。同时，内部电阻要小，导热系数要小。在交变情况下，调制频率高时的响应率比调制频率低时高。减少调制频率和减少时间常数的T都有助于提高响应率，但和T相反，因此，响应率和带宽的乘积恒定的结论在温差偶中也成立。时间常数大部分以毫秒为单位，带宽更窄。主要用于测量恒定或低频辐射。3-3热敏电阻，主要区别在于金属的热敏电阻，电阻温度系数大部分为正，绝对值小于半导体，它的电阻和温度的关系基本上是线性的，高温能力比较强。半导体的热敏电阻、电阻温度系数为负，绝对值比金属大10倍以上，电阻和温度的关系非线性，高温能力下降。热敏电阻是由电阻温度系数大的导体材料制成的电阻元件，也称为辐射热测量仪。热敏电阻金属和半导体。制造热敏电阻敏感面的材料，金属大部分是金、镍、铋等薄膜；半导体的大部分是金属氧化物，如锰氧化物、氧化镍、氧化钴等。热敏电阻结构，热敏电阻原理，定性分析：吸收辐射后，材料电子动能和晶格振动能量增加。因此，其中一些电子可以从价带移动到导带，以减少电阻，使电阻温度系数为负。用金属材料制成的热敏电阻内部有很多自由电子，波段结构没有禁带，吸收辐射，温度升高，自由电子的浓度增加很小。相反，随着晶格振动的加深，妨碍电子的自由运动，电阻温度系数为正，绝对值小于半导体。西电阻的物理过程是吸收辐射，引起温度上升，引起材料电阻的变化。热敏电阻的电压响应率，热敏电阻的电压响应率为Rv=iRT/(G2 2CH2)1/2如上所述，热敏电阻的电压响应率为电流I，电阻温度系数，热敏电阻RT，吸收系数大，导热g，热辐射的交变频率，热容CCO热敏电阻电压响应率，1)热敏电阻不能任意大。此外，如果RT较大，由引线的杂散电容和放大器输入电容器等组成的电路时间常数可能大于热时间常数，因此频率特性可能变坏。2)电阻温度系数由材料决定。对于大多数金属，l/t。对于大多数半导体，在有限温度区域中3000/T2。因此，通过冷却可以提高。3)为了提高吸收系数，将敏感面表面变成黑色。(4)为了减少散热指南g，可将接收组件装入真空箱。但是，g要小，热时间总是求 t (=ch/g)，频率特性要差。(5)电流I可能不大。否则，产生的焦耳热会提高组件温度。Rv=iRT/(G2 2CH2)1/2，3-4列电气部件，热电部件是以热电晶体为电介质的平面电容器。热电晶体的自发极化矢量可以随温度变化，因此入射辐射可以引起电容器电容的变化，并利用此特性检测变化的辐射。，热释光部件结构，结构原理：热电晶体是压电晶体之一，具有非中心对称的晶体结构。在自然状态下，正负电荷中心不一致，晶体表面存在一定量的极化电荷，这称为自发极化。如果晶体温度发生变化，则可能导致晶体正负电荷中心的位移，从而改变表面的极化电荷。a)恒温b)温度变化时的同等性能，导热材料的材料，通常用于制造导热材料的材料，三乙烯硫酸酯(TGS)晶体，-丙烷酸改性硫酸三乙烯(LATGS)晶体，锂钽酸但是，与该物质无关，有一种称为居里温度的特定温度。在高于居里温度的温度下，仅当自发极化矢量为零且低于居里温度时，材料的自发极化特性才存在。正常使用时，设备在离居里温度稍远的温度区域内运行。摘要：热电器件使用点，1)用半导体材料制作的温差反应堆反应率高，但机械强度低，应注意使用。它的功耗很小，测量辐射时要估计相应的辐射强度范围，电流太多，不能烧热。保存时输出部不能短路，要防止电磁感应。摘要：热电设备使用要点，2)热敏电阻(辐射热量表)，响应度也很高，对敏感面采取冷却措施，响应率更高。机械强度也弱，易碎，所以要小心使用。连接它的放大器需要高输入阻抗。通过它的偏置电流不能使电流产生的焦耳热变大，以免影响敏感表面的温度。摘要：热电设备使用要点，3)热释放器是机械强度、响应率、响应率高的比较理想的热传感器。但是，只能根据工作原理测量变化的辐射，入射辐射