光热探测器
热释光探测器的结构组成
热释光探测器的结构组成
热释光探测器是一种测量样品放射性元素含量的仪器，其结构组成包括以下几个部分。
1.样品仓：热释光探测器的样品仓通常由铝制成，具有较高的热传导性能，可以快速将样品加热到高温。
2.激发光源：热释光探测器的激发光源通常采用紫外线灯或蓝光二极管，可以在样品中激发释放出的电子激发，使其产生瞬时较强的荧光信号。
3.光电倍增管：热释光探测器的光电倍增管是用于放大荧光信号的重要部分，其数量和放大倍数直接影响到探测器的灵敏度和分辨率。
4.数据采集系统：热释光探测器的数据采集系统通常包括高速模数转换器、计算机和数据处理软件等组成部分，可以将荧光信号转换为数字信号并进行数据处理。
总之，热释光探测器是一种非常重要的测量放射性元素含量的仪器，其完整的结构组成可以为我们提供准确的测量结果。
- 1 -。
光子探测器分类
描述bios的含义
光子探测器是一种能够探测光（光子）的探测器，通常用于高能物理、核医学、安全检查、环境监测等领域。
常见的光子探测器分类如下：
- 按照工作原理分类：
- 光电探测器：利用光电效应将光信号转换为电信号，如光电二极管、光电倍增管等。
- 热探测器：利用光热效应将光信号转换为热信号，如热敏电阻、热释电探测器等。
- 量子探测器：利用量子效应将光信号转换为电信号，如雪崩二极管、硅光电池等。
- 按照探测波长分类：
- 可见探测器：能够探测可见光谱范围内的光，如光电二极管、光敏电阻等。
- 红外探测器：能够探测红外光谱范围内的光，如热释电探测器、量子阱探测器等。
- 紫外探测器：能够探测紫外光谱范围内的光，如雪崩二极管、硅光电池等。
- 按照应用领域分类：
- 高能物理探测器：用于高能物理实验中探测光子，如闪烁计数器、切伦科夫计数器等。
- 核医学探测器：用于核医学成像中探测光子，如正电子发射
断层扫描（PET）探测器、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）探测器等。
- 安防探测器：用于安全检查和监控中探测光子，如X射线探测器、γ射线探测器等。
热红外探测器工作原理
热红外探测器工作原理热红外探测器，这东西听着就挺高科技，但实际上你要是了解了它的工作原理，你会发现，嘿，原来就是这么回事儿。
先说说这热红外探测器是干啥的。
简单来说，它就是能探测到物体发出的红外辐射，然后根据这辐射的强度，给你描绘出一幅物体的“热像图”。
这热像图啊，就像咱们平时看的照片，只不过它显示的不是物体的形状颜色，而是温度分布。
你说神奇不神奇？那它是怎么工作的呢？这事儿啊，得从红外线说起。
你知道吧，只要是温度高于绝对零度的物体，都会发出红外辐射。
就像咱们人，体温三十七八度，那也是个不小的红外辐射源呢。
这热红外探测器啊，就是专门捕捉这些红外辐射的。
它里头有个关键部件，叫探测元件。
这探测元件啊，就像是个敏感的小鼻子，一闻到红外辐射的味道，就开始有反应了。
它咋反应呢？就是吸收这些辐射能，然后自个儿温度升高。
你别说，这升温的过程还挺有意思的，就像是咱们冬天晒太阳，晒着晒着就觉得身上暖和了。
探测元件温度升高了，那它的某些物理参数就会发生变化。
比如说，电阻率啊、电流啊之类的。
这热红外探测器啊，就通过测量这些物理参数的变化，来判断它吸收了多少红外辐射，进而推算出物体的温度分布。
这个过程啊，说起来简单，其实里头学问大了去了。
就像咱们平时炖肉的火候，大火小火炖出来的肉味道就是不一样。
这热红外探测器啊，也得掌握好这个“火候”，才能准确探测到物体的温度。
有人可能会问了，这热红外探测器跟咱们平时用的温度计有啥区别啊？嘿，区别可大了去了。
温度计啊，得跟物体接触才能测温，这热红外探测器呢，不用接触，远远地就能测出来。
你说方便不方便？而且啊，这热红外探测器还能用在好多地方呢。
比如说消防吧，消防员可以通过它来定位火源，那效率可高了。
还有啊，医生也可以用它来检测病变组织，这可比传统的检测方法省事多了。
我有次去参观一个红外探测器的工厂，那场面可真够壮观的。
一排排的机器，都在忙着探测各种物体的温度。
工人们告诉我，这热红外探测器啊，现在可是抢手货，各行各业都得用它。
第十一讲--光电探测器的性能参数
所以
1
in ( A) 2
又有
1
D ( A) 2
8
七、归一化探测度D*
把两种因素一并考虑，
1
D ( Af ) 2
定义
D* D Af
1
(cm Hz 2 /W)
称为归一化探测度。
这时就可以说：D*大的探测器其探测能力一定好。 考虑到光谱的响应特性，一般给出D*值时注明响应波长λ、光辐射 调制频率f及测量带宽Δf，即D*(λ, f ,Δf )。
光电鼠标灵敏度
30
一、积分灵敏度R
灵敏度R定义为这个曲线的斜率，即
Ri
di dP
i P
(线性区内) (安/瓦) 或微安/流明
Ru
du
dP
u P
(线性区内) (伏/瓦)
R i和R u分别称为积分电流和积分电压灵敏度，i和u称为电表测量的电流、 电压有效值。
光功率P是指分布在某一光谱范围内的总功率。
2
知识应用2
光电倍增管探测器解决DNA排序问题
金属壳光电倍增管的金属通道电 子倍增极允许多通道输出，可以同时探 测来自多个分子的荧光信号，从而提高 探测灵敏度和探测速度。
荧光相关光谱术（FCS）利用 单光子计数光电倍增管探测 DNA靶序列。
1
本讲小结
1、积分灵敏度、光谱灵敏度、频率灵敏度、量子效率、通量阈、 噪声等效功率、归一化探测度等概念、表达形式、特点、应用等
量子效率 通量阈 噪声等效功率 归一化探测度
物理描述
光电转换特性的量度
对某一波长光电转换的量度 电流随调制频率变化的量度 吸收的光子数和激光的电子数之比 探测器所能探测的最小光信息功率 单位信噪比时的信号光功率
热探测器分类
用的要求，所以常把几个或几十个热电偶串接起来组成热电堆。热电堆可以 比热电偶提供更大的温差电动势，新型的热电堆采用薄膜技术制成，因此， 称为薄膜型热电堆。 4、热释电探测器 热释电探测器是发展较晚的一种热探测器。如今，不仅单元热释电探 测器已成熟，而且多元列阵元件也成功地获得应用。热释电探测器的探测率 比光子探测器的探测率低，但它的光谱响应宽，在室温下工作，已在红外热 成像、红外摄像管、非接触测温、入侵报警、红外光谱仪、激光测量和亚毫 米波测量等方面获得了应用，所以，它已成为一种重要的红外探测器。
热敏电阻的阻值随自身温度变化而变化。它的温度取决于吸收辐射、 工作时所加电流产生的焦耳热、环境温度和散热情况。热敏电阻基本上是用 半导体材料制成的，有负电阻温度系数（NTC）和正电阻温度系数（PTC） 两种。 热敏电阻通常为两端器件，但也有制成三端、四端的。两端器件或三 端器件属于直接加热型，四端器件属于间接加热型。热敏电阻通常都制得比 较小，外形有珠状、环状和薄片状。用负温度系数的氧化物半导体（一般是 锰、镍和钴的氧化物的混合物）制成的热敏电阻测辐射热器常为两个元件： 一个为主元件，正对窗口，接收红外辐射；另一个为补偿元件，性能与主元 件相同，彼此独立，同封装于一管壳内，不接收红外辐射，只起温度补偿作 用。 3、热电偶和热电堆 热电偶是最古老的热探测器之一，仍得到广泛的应用。热电偶是基于 温差电效应工作的。单个热电偶提供的温器常被分为四种：气动探测器（高莱管） 、热电偶或热电堆、 热敏电阻、热释电探测器。 1、气动探测器（高莱管） 利用充气容器接受热辐射后温度升高气体体积膨胀的原理，测量其容 器壁的变化来确定红外辐射的强度。这是一种比较老式的探测器，但在 1947 年经高莱改进以后的气动探测器，用光电管测量容器壁的微小变化，使灵敏 度大大提高，所以这种气动探测器又称高莱元件。 2、热敏电阻
第八章. 热探测器
情况二：有辐射功率 P exp(it ) 投射到热敏电阻上时：
d ( I 2 RB ) d (T ) H GT T T P exp(it ) dt dt
上式右边第一项
Vb2 RB d 2 2 ( RL RB ) 2 dRB d ( I RB ) d ( I RB ) dRB T T T dT dRB dT dRB dT Vb2 ( RL RB ) dRB Vb2 ( RL RB ) T RB T T 3 3 ( RL RB ) dT ( RL RB )
定义：基于光辐射与物质相互作用的热效应制成的器件。 分类：热电偶、热敏电阻、热释电探测器。 特点：不需致冷，具有平坦响应。 缺点: 响应较低，响应时间长。
§6-1热探测器的一般原理
热探测器探测光辐射包括两个过程： ①吸收光辐射能量后，探测器温度升高。 ②温度升高所引起的物理特性的变化转变为电信号。
P H
其被称为热敏电阻的有效热导。 Gt P exp[i (t )] 解得：
T T0 exp( H ) G i H
RL RB RL RB
如果 G 为正值，即
GT G0 (T1 T0 )T
则瞬变项随时间迅速趋近于零，只留下周期项，得到稳定解
如果 G 为负值，即
V
①对恒定辐射不响应 ② RV 和 成正比 ③ RV R RA Rd a.在对带宽无特别要求的情况下，RA 应尽量取得大 一些 b. R 小，响应的平坦区域却越来越宽，可通过改变 放大器的输入电阻来展宽工作频带。 1 1 Ad R ④当 或 时 ：RV
H
E
G H E
光电探测器
种类
• • • • 真空管光电探测器（PMT等） 半导体光电探测器 热电探测器 多通道探测器、成像器件
1.真空管光电探测器
• 利用在真空中光阴极受光辐照后产生光电子发射效应
光电阴极材料 • 光吸收系数大 • 传输能量损失小 • 光电子逸出功低
探测器窗口 • 透过率大
G n
AE
1.2光电倍增管
主要指标：
4. 暗电流 • 主要来源于阴极和倍 增级的热电子发射 • 决定了光电倍增管可 探测的最小光功率 • 暗电流与管子的工作 温度以及所加电压有 关
1.2光电倍增管
主要指标：
5.噪声等效功率 • 与阳极暗电流相等 的阳极输出电流所 需要的光功率决定 了光电倍增管可探 测的最小光功率 • ～10-15—10-16瓦， • ～10-18—10-19瓦（冷 却后），单光子探 测水平
单位时间内流出探测器件的光电子数与入射光子数之比
如有一探测器的灵敏度为0.5 A/W,其量子效率 为多少(光波长为1um)？
光探测器－参数
2.噪声等效功率（NEP） • 信噪比: SNR 信号的峰值和噪声的有效值(√带宽)之比
• NEP
NEP P S / N 1/ Hz
单位为W/Hz1/2
R1
C
R2
Vs
fC
图2.3 探测器的频率响应
f
Vmax
1 = c
T
i t dt
0
光探测器－参数
响应光谱 频谱响应 噪声
光探测器－噪声
1. 热噪声(thermal noise 或称Johnson noise)
白噪声
热噪声均方振幅电压值：
光辐射探测器
光辐射探测器
光辐射探测器是一种用于探测和测量光辐射的设备。
它可以接收光的电磁波并将其转换为电信号，通过测量电信号的强度、频率或波长等特征来得到关于光的信息。
光辐射探测器的工作原理通常基于光电效应、光敏效应或光热效应。
其中，光电效应指的是光子碰撞到材料表面的原子或分子上，并将其电子激发或从原子中抛出形成电子-空穴对；光
敏效应是指某些材料在被光照射后，其电阻、电容、电压等特性发生改变；光热效应是指材料在被光照射后吸收能量，产生热量或导致温度变化。
常见的光辐射探测器包括光电二极管、光敏电阻、光电倍增管、硅光电池等。
它们可以被应用于太阳能光伏发电、光学通信、光谱分析、光学测量等领域。
光辐射探测器的性能指标包括响应速度、线性度、灵敏度、波长范围、噪声等。
根据需要选择合适的光辐射探测器可以提高测量精度和可靠性。
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P0e
5
P0e jt T (G jH ) (G jH )
当ω＝0， 当ω不为0，
P0e
t / T
T
P0
G
t>> τT时 ，仅剩交变分量（第二项），即：
(1 e t / T )
稳定值
jt P e 0 T G jH
• 在相同的入射辐射下，对于热电探测器总是希望 ΔT尽可能地大。
T
P0 P0 2 1/ 2 G (1 2 T ) (G 2 2 H 2 )1/ 2
– – – –
ΔT随G和H的减小而增大。 要减小H就必须减小探测器热敏元件的体积和重量； 要减小G，必须减小热敏元件与周围环境的热交换。 由热时间常量τT的定义可知，减小G又会使τT增大（牺 牲探测响应时间）。所以在设计和选用热电探测器时 7 须采取折衷方案。另外G对探测极限也有影响。
2
• 对热电探测器的分析可分为两步：
–第一步是确定温升：按系统的热力学特性来确定入射辐 射所引起的温度升高ΔT（共性）； –第二步是确定参量变化：根据温升来确定具体探测器输 出信号的性能（个性）。
• 第一步对各种热电探测器件都适用，而第二步则 随具体器件而异。首先讨论第一步的内容，第二 步在讨论各种类型的探测器时再作分析。
4.8.1 基本原理 4.8.2 热敏电阻
4.8.3 热释电探测器Biblioteka 14.8.1 基本原理
光吸收
光热转换
温度上升
热电转换
电学特性变化 ——电参数输出
两种主要的热电效应：
• 温差电效应：温差产生电动势（塞贝克效应）
–热电偶和热电堆 • 热释电效应 ：辐射变化引起表面电荷变化 –热释电探测器
特点：
在宽广的波段有均匀的光谱响应 响应速度慢
13
14
三、分类 1、按原理分 （1）金属材料-正温度系数热敏电阻(PTR)
Positive Temperature Coefficient (PTC) thermistors
–由金属材料构成的测辐射热计：一般金属的能 带结构外层无禁带，自由电子密度很大，以致外
界光作用引起的自由电子密度相对变化较半导体
9
原理：吸收辐射，产生温升，从而引起材料 电阻的变化。 吸收辐射—温升---电阻变化 主要材料类型：金属、半导体和超导体。
共同点：都敏感于辐射，光谱响应基本上与 入射辐射的波长无关。
热敏电阻 在电子电路中的符号
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一. 工作原理和结构
1. 温度系数aT 表示温度变化1℃时，热电阻实际阻值的相对变化： 1 R aT (1/ C) R T
内能的增加 与环境热交换
吸收的能量
为入射到探测器的辐射功率； α为探测器的吸收系数； H＝Cθ为热容；G＝1/Rθ为热导； ΔT为入射辐射引起的温升。
P0 e jt
4
d (T ) jt H GT P0e dt
利用初始条件：t＝0时，ΔT＝0，解得:
P0e T (G jH ) (G jH )
热探测器由于温度起伏引起的温度噪声功率为：
WT2 4GkT 2 f
推导热探测器的NEP： 探测器与外界达到热平衡时，所辐射的功率为：
P AT
4
G dP dT 4AT
2 T 2
3
NEP W 4GkT f 16 kT Af
5
8
4.8.2 热敏电阻 (Bolometer)
与材料常数B成正比。
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2. 结构
• 由热敏材料制成的厚度为 0.01mm 左右的薄片电阻粘合在 导热能力高的绝缘衬底上，电阻体两端蒸发金属电极以便 与外电路连接； • 再把衬底同一个热容很大、导热性能良好的金属相连构成 热敏电阻。（使用热特性不同的衬底，可使探测器的时间 常量由大约1ms变为50ms） • 红外辐射通过探测窗口投射到热敏元件上，引起元件的电 阻变化。为了提高热敏元件接收辐射的能力（提高吸收系 12 数），常将热敏元件的表面进行黑化处理。
• 式中 τT＝H/G＝ RθCθ，它是热电 探测器的热时间常量，其意义为 当 t＝ τT时，热电探测器的温升 上升为稳定值的63％。 • τT的数量级约为几毫秒至几秒， 比光子器件的时间常量大得多。
其幅值为：
P0 T 2 1/ 2 G (1 2 T )
6
二、热电探测器的共性 ΔT的考虑
式中，R为环境温度为热力学温度T时测得的实际阻值。 正温度系数（PTC）的热敏电阻温度系数：a
T
A——常数
1 dRT B 2 负温度系数（NTC）的热敏电阻温度系数： aT RT dT T
随温度T变化很大，并
T P0 e jt P0 T R T R 2 G j H G 1 2 H
3
一、热回路方程
光热探测器热回路最简单的模型如图所示： 能量守恒：探测器吸收的辐射 热链 应等于单位时间内系统内能的增 散热器 温度T0 量和与外界热交换时所损耗的功 热导G(W/K) 率之和。因此，可建立以下的热 回路方程：
热敏元件 热容量H(J/K) 温度T0+ΔT
d (T ) jt H GT P e 0 dt
而言可忽略不计。吸收辐射产生温升后，自由电 子浓度的增加是微不足道的。相反，因晶格振动 的加剧妨碍了自由电子作定向运动，从而电阻温 度系数是正的.
适宜材料有铂、铜、镍、铁等。
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（2） 半导体电阻材料-负温度系数热敏电阻(NTR)
Negative Temperature Coefficient (NTC) thermistors –由半导体材料制成的测辐射热计：半导体材料对光的吸收 除了直接产生光生载流子的本征吸收和杂质吸收外，还有 不直接产生载流子的晶格吸收和自由电子吸收等，并且不 同程度地转变为热能，引起晶格振动的加剧，器件温度的 上升，即器件的电阻值发生变化。其中部分电子能够从价 带跃迁到导带成为自由电子，使电阻减小，电阻温度系数 是负的。又因为各种波长的辐射都能被材料吸收，只是吸 收不同波长的辐射，晶格振动加剧的程度不同而已,对温升 都有贡献，所以它的光谱响应特性基本上与波长无关。 半导体类的多为金属氧化物，例如氧化锰、氧化镍、氧化 钴等。