(6.3.2)--6.5.2热释电效应与热释电探测器
热释电探测器介绍
热释电红外线传感器热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。
在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。
由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。
为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。
菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。
当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。
人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。
在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。
被动式热释电红外探头的工作原理及特性：人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。
人体发射的10UM 左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。
红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。
所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。
光电传感技术论文热释电探测器及其应用
光电传感技术论文热释电探测器及其应用This model paper was revised by LINDA on December 15, 2012.光电传感技术热释电探测器及其应用院系电子工程学院光电子技术系班级光信息0802姓名 xxxx学号 xxxxx班内序号08考核成绩摘要论述了热释电电探测器的结构及工作原理。
推导出热释电电流，电流响应率，电压响应率的解析表达式，介绍了热点是探测器的红外探测，图像装置及其他应用，推导了热点是探测器在线开关和离走开关的工作原理、电路设计及应用。
对热释电材料进行了分类，对热释电材料、热释电传感器、热释电探测器的性能作了介绍。
关键词热释电探测器、在线开关、离走开关、热释电材料。
热释电探测器是本世纪70年代迅速发展起来的新型探测器，这种探测器具有室温工作、不需制冷、光谱响应无波长选择性、探测度高等特点，现已广泛应用于入侵报警、火灾报警、气体分析、自动门风诸多领域。
1. 热释电传感器热释电探测器的结构由热释电晶体、电极、吸收层、底衬、FET和负载电阻组成．吸收层上方的硅窗口材料只允许特定波段的红外辐射入射到吸收层上．热释电探测器具有自极化效应，晶体处于低于Curie温度的恒温环境时，其自极化强度保持不变，即极化电荷面密度保持不变，这些电荷被空气中的带电离子中和，当红外辐射入射晶体，被晶体吸收后，晶体温度升高，自极化强度变小，即电荷面密度变小．这样，晶体表面存在多余的中和电荷，这些电荷以电压或电流的形式输出，该输出信号可用来探测辐射．相反，当截断该辐射时，晶体温度降低，自极化强度增大，有相反方向的电流或电压输出。
若在dt时间内，热释电晶体温度变化dAT所引起的极化强度变化为dP，则与极轴垂直的晶体表面产生的电流面密度可表达为dt T d dt J ∆==dp th w τ1>>（1） Td ∆dp 称热电系数，用P 表示，这样，J 可表示为 dt Td p J ∆= （2）入射辐射是角频率为w 的正弦调制光，功率幅度为0W ，该辐射可表示为()jwt e W t W 0=，探测器吸收率为n ．此时，探测器温度上升量T ∆由下式确定T G dt T d C e aW jwt ∆+∆=0（3）其中，C 为晶体的热容量，G 为晶体与周围环境的热导率，用Lap1ace 变换方法解方程并利用初始条件0=t ，0=∆T 得()jwte jwC G aW t T +=∆0（4）因此热释电晶体产生的电流可表示为jwtjwe jwC G pAaW dt T d pA I +=∆=0 （5）式中，A 为电极面积。
热释电探测器介绍
热释电红外线传感器热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。
在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。
由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。
为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。
菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。
当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。
人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。
在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。
被动式热释电红外探头的工作原理及特性：人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。
人体发射的10UM 左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。
红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。
所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。
热释电效应及应用
热释电效应及应用作者：xxx 学号：xxxxxxx【摘要】本文从热释电的起源谈起，重点说明了热释电效应、热释电测温原理，以及讨论了热释电效应的两种应用——热释电探测器和热释电传感器。
又说明了热释电探测器的性能参数以及热释电探测器目前和未来的应用。
关键字：热释电热释电效应热释电探测器热释电传感器热释电材料1、热释电效应的起源早在公元前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秸屑和小木片，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。
具有自发极化的物体，当它的温度发生变化时会产生过剩的表面热释电电荷。
这种热释电效应与熟知的温差电效应不同。
温差电效应是由于电偶两端的温度不同引起电动势。
面热释电效应是由于某些电介质的自发极化随温度变化产生的。
热释电效应只对温度的变化率有响应。
使物体温度发生变化的热交换方式有传导、对流和辐射，但经常使用的是辐射加热方式使热释电材料升温，所以热释电效应的主要应用是制作红外探测器，又称辐射传感器。
这类探测器是以光——热——电转换方式来检测电磁辐射，所以是一种热敏感型器件。
2、热释电效应对于各项异性晶体，晶体存在着固有的自发电极化。
晶体的温度发生变化时，晶体的自发极化强度也随之改变，与极化强度方向垂直的晶体表面就会产生热释电电荷。
宏观上是温度的改变是在材料的两端出现电压或产生电流。
但是，通常情况下这类晶体并不显出外电场因为若这种材料是导体，那么它的自由电荷分布将与内电矩相抵消；如果这种材料是绝缘体，则杂散电荷被吸引而趋附在表面直到与极化引起的表面电荷相抵消，当晶体的温度变化比较快而内部的或外界的电荷来不及补偿热释电电荷，这时会显出外电场这种晶体随温度变化而产生电荷的现象称为热释电效应。
3、热释电材料热释电材料首先是一种电介质，是绝缘体。
它是一种对称性很差的压电晶体，由于分子间正负电荷中心不重合而产生的自发电极化即固有电偶极矩。
在垂直电极化矢量P s 方向的材料表面就会产生束缚电荷，面电荷密度σs=|P s |。
热释电的应用
热释电的应用
热释电的应用主要在以下几个方面：
1.热能转换：热释电材料可以将热量转换为电能，主要用于制造热电发电机和太阳能电池等。
2.热成像：由于热释电材料具有很好的红外热成像性能，可以用于制造红外热成像仪和热成像相机等。
3.传感器：热释电材料可被用于制造各种传感器，如温度传感器、压力传感器等。
4.安全防护：热释电材料可以用于制造火灾探测器、热辐射计等，以防止火灾等安全事故的发生。
5.其他应用：此外，热释电材料还可以用于红外探测、红外辐射测量、红外光谱分析等领域。
以上信息仅供参考，如有需要，建议咨询专业人士。
第六章 热辐射器件(热释电探测器)
∆Q = Ad ∆σ = Ad ∆Ps
改变上式，得： 改变上式，
∆ Q = A
d
∆ Ps ∆ T ∆ T
热释电探测器输出电流： 热释电探测器输出电流： i = lim∆Q = dQ = A dP dT = A γ dT s d d d
∆t→0
热释 电系 数
∆t
dt
RV =
α ωε
0
Ad
×
γ ε rc′
2、噪声等效功率
热释电探测器的噪声主要来自于温度噪声和热噪声 温度噪声 温度噪声功率均方根值为： 温度噪声功率均方根值为：
1 2
∆ ω T = 4 KT G R ∆ f
2
(
)
1 2
= 4 KT
2
d Ad σ T dT
(
= 4 KT
4
∆ T
∆ Tω =
0
=
α P
G
0
2 G 1 + ω 2τ H
(
α Pω
)
1 2
exp [i (ω t + φ )]
温升与辐射功率的相位差： φ = arctg ωH 温升与辐射功率的相位差： G 响应时间： 响应时间：
τ
H
=
H G
二、热探测器的极限探测率
根据斯忒番-玻耳兹曼定律， 根据斯忒番-玻耳兹曼定律，若器件的温度为T，接收面积为
一
1．热释电材料
热释电效应
极性晶类，晶体内正、 极性晶类，晶体内正、 负电荷中心并不重合， 负电荷中心并不重合， 晶体原子具有一定电矩； 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。 自发极化特性。但介质 中的电偶极子排列杂乱, 中的电偶极子排列杂乱, 宏观不显极性。 宏观不显极性。
实验报告红外线的特性与应用
实验报告红外线的特性与应用实验报告：红外线的特性与应用一、引言红外线是一种电磁波，其波长在 076 微米至 1000 微米之间。
红外线在我们的日常生活和众多领域中都有着广泛的应用，从遥控器到医疗诊断，从安防监控到工业生产，红外线技术发挥着重要的作用。
为了更深入地了解红外线的特性和应用，我们进行了一系列实验。
二、红外线的特性（一）热效应红外线的最显著特性之一就是其热效应。
当红外线照射到物体上时，会引起物体分子的振动和转动，从而使物体温度升高。
这一特性在红外加热、红外理疗等方面得到了广泛应用。
（二）穿透能力红外线具有一定的穿透能力，但不同波长的红外线穿透能力有所差异。
例如，短波长的红外线穿透力较弱，而长波长的红外线则能够穿透一些较薄的物质。
（三）反射和折射红外线如同可见光一样，在遇到不同介质的界面时会发生反射和折射。
这一特性在红外光学系统中有着重要的应用。
（四）频谱特性红外线的频谱范围较宽，不同波长的红外线具有不同的特性和应用。
三、实验设备与材料（一）红外发射源使用了红外发光二极管作为红外发射源，能够稳定地发射特定波长的红外线。
（二）红外探测器采用了热释电红外探测器和光电二极管探测器，用于检测红外线的强度和波长。
（三）光学元件包括透镜、反射镜等，用于对红外线进行聚焦、反射和折射。
（四）实验样品准备了不同材质和厚度的物体，如塑料、玻璃、纸张等，以研究红外线的穿透特性。
四、实验过程与结果（一）红外线热效应实验将红外发光二极管对准一块金属片，经过一段时间后，用温度计测量金属片的温度升高情况。
结果发现，金属片的温度明显升高，证明了红外线的热效应。
（二）红外线穿透实验分别用不同波长的红外线照射不同材质和厚度的物体，观察在另一侧探测器接收到的红外线强度。
实验发现，短波长红外线难以穿透较厚的物体，而长波长红外线能够穿透一些较薄的塑料和纸张。
（三）红外线反射和折射实验通过改变红外线入射角度和使用不同折射率的介质，观察红外线的反射和折射情况。
热释电原理
热释电原理热释电现象是指当物体中存在温度梯度时，会发生电荷分布的现象。
这种电势差被称为热释电电势差。
热释电效应是一种源于非平衡热力学理论的自然现象。
在很多实际应用中，热释电现象被用来实现物体温度测量、红外探测、长距离无线通讯和防盗技术等。
本文将介绍热释电原理及其在实际应用科技领域中的应用。
我们先来了解一下热释电效应发生的基本原理。
从微观角度上讲，这种效应产生的根源，是由于电荷的热扰动及其在材料中电子散射行为引起的。
如果物体中存在温度差异，其中光电活性材料就会发生外部电场的修正行为，也就是产生所谓的热释电电势差。
这种电势差与温度的梯度成正比。
热释电效应的产生还与材料中的电子特性有很大的关系。
在低温下，材料的导电性非常小，甚至可以达到绝缘状态，因此称为绝缘体。
当材料被加热时，由于电子在材料中移动速度的增加及其能隙的缩小，材料就会逐渐变成一种导体，并产生电子热荷运动。
在这种情况下，热释电效应就会出现。
与其他物理现象不同的是，热释电电势是不依赖于材料形状及其大小的，也与传统的热电效应有所不同。
在热电效应中，温度梯度对电势的影响仅限于材料的两端，而在热释电效应中，电势的变化却可以遍及整个材料的各个部分。
热释电现象所形成的电势差，可以被用来测量材料表面或周围环境的温度差异。
在现代科技中，人们采用热释电相机进行红外成像是一种很常见的方法。
这种相机利用热释电效应在材料表面形成的电势差来显示物体的红外图像，从而实现可见光不可见的热像识别。
这种技术在很多领域中广泛应用，如科研、环保、军事、交通等领域。
在防盗技术领域，热释电原理也被广泛应用。
在一些保密场所或者公共场所，安装了热感应器可以实现自动检测，警示系统以及视频监控等功能。
当存在人或者其他动态物体时，产生的热释电信号可以被热感应器检测到，并转化成电信号，再由相应的处理器和警示器进行指示和警告。
热释电效应是一种基于非平衡态热力学理论的自然现象，它具有广泛的应用及研究价值，并被广泛应用于红外成像技术、长距离无线通信、防盗技术等诸多领域。
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6.5 非制冷红外焦平面探测器6.5.2 热释电效应与热释电探测器
热释电效应与热释电探测器
热释电材料的电滞回线何为热释电？通过热变化释放自身束缚电荷的现象！
热释电效应：晶体在没有外加电场和应力的情况下，具有自发的或永久的极化强度，且这种电极化强度随晶体本身温度的变化而变化。
当温度降低时电极化强度升高，当温度升高时电极化强度降低。
使电极化强度降低到零时的温度称为居里
温度。
具有热释电效应的晶体在固体物理学中称之为铁电体。
热电系数是P
s
-T曲线斜率的绝对值并随温度而变化。
当温度较低时，热电系数
偏小。
当温度适中时，热电系数的绝对值较大，并且不随温度而明显变化，即η近似
为常数，因此，可以认为在该温度区内P
s
与T呈线性关系，这也是热释电晶体的有效工作区。
当温度接近居里温度时，热电系数起伏较大并容易退极化。
热释电材料的自发极化强度P
s
与温度T
的关系
热释电器件的电极化强度与热敏元表面静电电荷密度成正比，故热敏元上的静电电荷面密度随材料温度变化而产生相应的变化，也就是说热图像的写入需要动态的光辐射输入。
如果热敏元温度不变，则其表面电荷被读出电路读出后，将不能再产生新的电荷密度，被读出后这一电荷图像就不复存在。
为了能连续摄取图像，就要求热释器件在每帧画面读出后，能够重新产生热敏面的静电电荷图像。
具体的方法是采取人工方法将恒定的入射辐射变成相应变化的入射辐射。
通常热释电摄像采用的图像入射方式有如下三种：
①平移式：摄像机构对景物作平行移动；
②摄全景式：摄像机相对被摄景物在原地转动；
③斩光式：在摄像机中设置斩光调制器，周期地截止输入辐射。
摄像机光敏面上的图像不动，但其入射能量周期地变化，因而像面温也随时间周期地发生变化。
调制器通常采用矩形波调制(国外有采用阿基米德螺线的调制器)，调制过程需要与帧扫描同步，其频率取帧频的1/2、1/4或1/8。
热释电材料
居里温度要高于光敏面工作的上限温度！
-LT)；铌酸锶常用的材料有：硫酸三甘肽(TGS)；钽酸锂(LiTaO
3钡(SBN)；钛酸锶钡（BST ）等。
Si读出电路背侧接触BST像元金属接触
半透明金属
反射金属
红外吸收
公共电极热释电红外焦平面阵列探测器
(a)面电极；(b)边电极
非制冷红外焦平面探测器
◆非制冷红外焦平面探测器的特点◆热释电效应与热释电探测器
◆微测辐射热计。