48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：
热探测器工作原理
热探测器工作原理热探测器是一种能够响应热辐射的传感器，广泛应用于各种温度测量和监控场合。
以下是热探测器的工作原理及其涉及的主要技术：1. 热敏电阻：热敏电阻是一种利用金属氧化物制成的温度传感器。
当温度变化时，其电阻值会发生变化。
通过测量电阻值，可以推算出温度。
2. 红外辐射：热探测器通常设计为对红外辐射敏感。
红外辐射是热物体发出的电磁波，其波长与物体温度有关。
热探测器通过吸收红外辐射并转换为可测量的电信号来工作。
3. 温差电效应：某些材料在温度差下会产生电压。
温差电效应就是利用这个原理，将热电偶（由两种不同的导体构成）一端置于高温环境中，另一端置于低温环境中。
由于高温和低温之间的温度差，热电偶会产生电压，这个电压与温度差成正比。
4. 热释电效应：某些材料在温度变化时会产生电荷。
当这些材料受到红外辐射加热时，它们会产生电荷，这些电荷可以被收集并转换为电信号。
这就是热释电效应。
5. 热电偶效应：当两种不同的导体接触并存在温度差时，会产生电动势。
这就是热电偶效应。
热电偶是热探测器中常用的元件，用于测量温度差。
6. 光电转换器：某些热探测器使用光电转换器来检测红外辐射。
光电转换器将红外光转换为电信号，然后对这些信号进行处理以确定温度。
7. 信号处理电路：热探测器的输出通常需要经过信号处理电路的处理，以便提取有用的温度信息。
信号处理电路可以包括放大器、滤波器、模数转换器等组件，用于改善信号质量并转换为计算机或其他设备可以理解的格式。
通过以上技术，热探测器能够实现高灵敏度、高分辨率的温度测量，并且能够在各种恶劣环境下稳定工作。
这些技术广泛应用于工业自动化、环境监测、医疗设备等领域。
光电探测器的性能参数
一、量子效 率
量子效率：是指每入射一个光子光电探 测器所释放的平均电子数。它与入射光 能量有关。其表达式为:
I /e P / h
式中，I是入射光产生的平均光电流大小，e是 电子电荷，P是入射到探测器上的光功率。
I/e为单位时间产生的电子数, P/hυ为单位时间入射的光子数。
对于理想的探测器，每入射一个光子则
RV
( )
Vs () P( )
RI
()
Is () P()
调制盘
光源电源
手轮
光谱单色仪
电机
探测器
示波器 毫伏表
前置放大器
电源
带通 放大器
图1 光谱响应度测试装置
如果R(λ)是常数，
则称为无选择性探测器 (如光热探测器)。由于 许多光电探测器是基于 光电效应而工作的，因 此响应存在一个探测截 止波长λc。
电压响应度Rv
光电探测器件输出电压与入射光功率之比
RV
Vs P
电流响应度RI
光电探测器件输出电流与入射光功率之比
RI
Is P
三、光谱响应度
光谱响应度R(λ)是响应度随波长变化的性能参
数。大多数光电探测器具有光谱选择性。 定义：探测器在波长为λ的单色光照射下，输
出电压或电流与入射光功率之比。
发射一个电子，=1；实际上一般有<1。
但对光电倍增管、雪崩光电二极管等有
内部增益机制的光电探测器，可大于1。
量子效率是一个微观参数，光电探测器 的量子效率越高越好。
二、响应度
响应度R（或称灵敏度）描述的是光电探测
器的光电转换效率。 定义：光电探测器输出信号与输入光功率之
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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2020/5/2
5．热释电探测器等效电路与特性 (1)等效电路
202面积） 输出电压v。为
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热电铁电体不但在某 一温度范围内具有自 发极性特性，，而且 自发极化方向可用外 电场来改变。 这种材料有硫酸三甘 肽、铌酸锶钡、钛酸 钡等。
2020/5/2
4．热电材料的特性参数 (1)热电系数λ 热电系数是指自发极化强度随温度T的变化率，即
(2)介电常数ε 热电晶体的介电常数是反映介质极化行为的一个宏观物理
用热释电靶代替光电导靶的热释电摄像器件，既可在红外波 段工作，又无需机械扫描装置，并兼有室温工作的优点。用 这种器件制成的热释电摄像机可用于空中与地面侦察、入侵 报警、战地观察、火情观测、医用热成像、环境污染监视以 及其他领域。
在空间技术中，热释电探测器主要用来测量温度分布和湿度 分布，以及用于搜集地球辐射的有关数据。大气系统的热辐 射和大气组分的光谱吸收带主要位于3~25us范围内，而且用 于测量这些辐射的仪器频率又不十分高，因此使用热释电探 测2器020/是5/2 合适的。
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热敏电阻的缺点 复现性和互换性差。与显示仪表配套成测温 仪表时几乎全要单独标定刻度。目前使用的 热敏电阻其测温上限还不太高，约在300℃以 下。
2020/5/2
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热敏电阻可以根据使用要求不同做成各种形状。一般是将各 种氧化物按一定比例混合起来进行压制成型，然后加热到一 定温度后，结成坚固的整体。
(a)负温度系数热敏电阻(NTC)； (b)正温度系数热敏电阻(PTC)； (c)临界温度系数热敏电阻(CTR)。
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热敏电阻优点：
(a)电阻温度系数较金金属热电阻大，其绝对值大4—9倍 (b)电阻率大，故可制成极小尺寸的感温元件。适用于快速测量 (c)构造简单，可以根据不同要求制成各种适用的形状 (d)机械性能好，使用寿命长。
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(a)热释电效应
在晶体中有一种晶体为热电晶体 。这种晶体具有自发极化的特性。所 谓自发极化就是在自然条件下晶体的 某些分子正负电荷中心不重合，形成 一个固有的偶极矩，在垂直极轴的两 个端面上就会造成大小相等、符号相 反的面束缚电荷。
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在温度变化时。晶体中离 子间的距离和链角发生变 比，从而使偶极矩发生变 化，也就是自发极化强度 和面束缚电荷发生变化， 在垂直于极轴的两个端面 之间出现极小的电压变化 ，即产生了热释电效应。
4.8 光热探测器
1 热敏电阻
热敏电阻——由Mn、Ni、Co、Cu氧化物，或Ge、Si、 InSb等半导体材料做成的电阻器，其阻值随温度而变化。
电阻随温度变化的规律：
RTTR
TR/R (T)
热敏电阻的温度系数
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正温度系数—— T 0 负温度系数—— T 0
热电传感器是基于某些物理效应将温度 的变化转换为电量变化的一种检测装置参数 。常见的热电传感器有热电偶和热电阻两大 类型。
热敏电阻可制成珠形、杆形、圆形、垫图形和薄片形等多 种型式。
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2 热释电探测器
利用热释电效应制成的探测器称为热释电探测器。 常用热释电材料：
硫酸三月甘肽（TGS）、铌酸锶钡（SBN）、钽酸锂（ LT）、钛酸铅陶瓷（PT）、钛酸锆酸铅陶瓷（PZT）等。
热释电探测器是一种利用热释电效应制成的新型热探测器 。广泛应用于热辐射和从可见光到红外波段激光的探测，而 且在亚毫米波段更受重视，这是因为其他性能较好的亚毫米 波段的探测器都要在液氦温度下才能工作。
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二、热电偶 1．热电效应
图 两种不同材料组成的热电偶
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(1)接触电势 据珀尔帖效应，在接触面(接点)的温度为T和 T0时，其接触电势的表达式为
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在热电偶回路中，总接触电 势为
(2)温差电势(汤姆逊效应)
温差电势是由子热电极的两端温度不同，即存在 着温度梯度而产生的电势。
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(2)热释电器件的性能 ①响应度。
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②噪声。 器件的噪声来源于两部分。 一部分是辐射场的起伏引起的器件温度随机起伏而出现的噪 声。属于白噪声。另一部分是由等效电路中的电阻所产生的 热噪声。通常将热释电探测器和放大器组装在一起，所以实 际的输出噪声中包含放大器噪声。
③响应时间和探测度。热释电探测器对高速突变的辐射有较 快速的响应，如对激光脉冲作出响应，但是对周期性调制频 率信号仍不能有足够高的响应。
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(3)热释电探测器的结构和应用
热释电探测器不仅保持了热探测器的共同优点，即室温宽波 段工作、而且在很宽的频率和温度范围内具有较高的探测率 、能承受较大的辐射功率并具有较小的时间常数等特点，因 此得到了广泛应用。
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例如，利用热释电探测器探测目标本身的热辐射强度，就可 得到室温物体本身的热辐射图像，这就是通常所说的热成像 。这种热成像系统不易被干扰，可对目标与背景的温度差进 行探测，因此，容易发现隐蔽物体，并能在有烟和雾的条件 下工作。
2020/5/2
电子由温度高的T端向温度低的T0端扩散，使得 T端失去一些电子而带正电荷， T0得到一些电子 而带负电荷，两端便有一定的电位差:
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在热电偶回路中，总的温差电势为 (3)热电偶的总热电势
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2．热敏电阻 (1)热敏电组的特点
热敏电阻是用半导体材料制成的热敏器件 。按物理特性，可分为三类：