红外热释电材料的研究进展
热释电红外传感器原理及其应用
热释电红外传感器原理及其应用热释电红外传感器原理及其应用
热释电红外传感器（thermoelectric infrared sensor，TIRS）是一种利用热释电效应（thermoelectric effect）来检测环境中红外热源的光学传感器。
它能够通过辐射能量与传感器内表面温度的差异来检测非可见的红外辐射，以实现远距离监测和测量热源发射能力的目的。
热释电红外传感器的工作原理是，当热释电芯片内的两个特定的同质金属材料互相接触时，会出现一个电压，这称为热释电效应。
热释电红外传感器将两种金属材质聚集在一起，当热源照射到传感器表面时，会让其中一种材料受热，而另一种材料不受热。
随着材料的表面温度升高，热释电效应将产生一个电压，这一区别值便可以表示出环境中红外辐射强度发生变化的情况。
热释电红外传感器广泛应用于飞机机舱设备房内的温度监控，能够检测空调系统及周边电子设备的温度变化，从而维持机舱温度在所需范围内。
此外，也常用于物流运输、医疗保健及无人机等行业对环境温度进行监控，能够有效降低安全风险，提高工作效率。
此外，热释电红外传感器还可用于检测大气污染物，能够根据环境温度及湿度两种因素来监测大气环境，提供可靠的污染数据以帮助制定行之有效的污染防治措施。
热释电红外传感器工作原理
热释电红外传感器工作原理热释电红外传感器是一种常见的红外传感器，其工作原理基于物质的热节电效应。
热释电红外传感器通常由薄膜材料制成的感测元件、接收与放大电路以及信号处理电路组成。
在工作过程中，热释电红外传感器通过感测元件检测目标物体发出的红外辐射，然后将其转化为电信号并传输给接收与放大电路进行处理。
感测元件通常采用的是热电效应材料，该材料具有独特的热电特性，即在温度变化时会产生电压变化。
热释电红外传感器的感测元件通常是由多个微型热电堆组成的热敏电阻网络。
每个热敏电阻都是由内部微加热结构和感测结构组成。
当目标物体进入热释电红外传感器的感测区域时，感测元件会受到目标物体发出的红外辐射的影响，使得感测元件中的热敏电阻发生温度变化。
这种温度变化会导致感测元件中的热敏电阻产生电压变化，进而输出电信号。
接收与放大电路通过将这个微弱的电信号放大，并进行滤波和增益控制，使得信号能够被信号处理电路准确地分析和处理。
信号处理电路会对接收到的电信号进行进一步的分析和处理，提取出有效的红外目标信号，并根据目标物体的距离、温度以及运动状况等信息进行判断和处理。
总的来说，热释电红外传感器的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 接受红外辐射：热释电红外传感器感测元件接收到目标物体发出的红外辐射。
2. 温度变化产生电压：目标物体的红外辐射导致感测元件中的热敏电阻发生温度变化，进而产生相应的电压信号。
3. 电信号放大：接收与放大电路对感测元件输出的微弱电压信号进行放大，以便信号能够被信号处理电路进一步处理和分析。
4. 信号分析与处理：信号处理电路对放大后的信号进行进一步的分析和处理，提取出有效的红外目标信号，并根据目标物体的距离、温度以及运动状况等信息进行判断和处理。
总的来说，热释电红外传感器利用物质的热节电效应，通过感测元件对红外辐射的感测和转化，实现对目标物体的探测和判断，并在安防、自动化控制等领域中得到广泛应用。
热释电红外传感器工作原理
热释电红外传感器工作原理
热释电红外传感器是一种测量和检测红外辐射的设备，它利用物体发出的红外辐射来探测物体的存在。
其工作原理基于物体的热能状态。
当一个物体的温度高于绝对温度零度时，它会发出红外辐射。
这些红外辐射按照不同的波长和频率发射出去。
热释电红外传感器通过检测这些红外辐射来感知物体的存在。
热释电红外传感器通常由一个红外探测器和一个信号处理单元组成。
红外探测器通常是由热释电材料制成，如锂钽酸锂、锂铌酸锂等。
这些材料能够根据温度的变化而产生电荷。
当物体靠近红外探测器时，物体的红外辐射也会靠近传感器。
这会导致探测器吸收更多的红外辐射，从而使其温度上升。
温度的升高会导致热释电材料中的离子在晶格之间移动，并产生电荷。
这些电荷被收集并转化为电压信号。
信号处理单元会接收并处理来自红外探测器的电压信号。
它会分析信号的幅度和频率，以判断是否存在物体并确定其位置和运动。
通过与预设的阈值进行比较，传感器可以触发适当的响应，如报警、触发摄像头拍摄等。
总之，热释电红外传感器通过测量和分析物体发出的红外辐射来感知其存在。
它的工作原理基于热释电材料的特性，利用物体温度的变化产生电荷，并将其转化为电压信号。
这种传感器可以广泛应用于防盗系统、人体检测、智能家居等领域。
红外传感器文献综述
红外传感器文献综述引言红外传感器是一种能够检测和测量物体周围红外辐射的设备。
在工业、军事、医疗和消费电子等领域，红外传感器被广泛应用于温度测量、遥控、安防等方面。
本文将对红外传感器的原理、分类、应用以及相关研究进展进行综述。
红外传感器的原理红外传感器的工作原理基于物体发射的红外辐射。
根据物体的温度，物体的表面会发射出不同波长的红外辐射。
红外传感器利用红外辐射转换为电信号，通过测量物体的红外辐射来获得物体的温度或其他相关信息。
常见的红外传感器原理主要有热电偶法、热电阻法、热释电法和红外成像等。
热电偶法利用两个不同材料的导线焊接处的温度差来产生电压信号。
热电阻法则是通过测量热敏电阻的电阻值，来间接测量物体的温度。
热释电法则是利用物体表面的红外辐射和热释电材料之间的相互作用来产生电压信号。
红外成像则通过捕捉物体发射的红外辐射图像，来实现对物体的检测和识别。
红外传感器的分类根据工作原理和应用领域的不同，红外传感器可以分为以下几类：1.热式红外传感器：–热电偶红外传感器–热电阻红外传感器2.光学式红外传感器：–红外光电传感器–红外线阵传感器–红外激光传感器3.无源红外传感器：–红外侦测传感器–红外数组传感器4.主动红外传感器：–红外测温传感器–红外热像仪5.数字红外传感器：–数字红外热像仪–数字红外线阵传感器不同类别的红外传感器适用于不同的应用场景。
热式红外传感器适用于辐射热测量和温度监测，而光学式红外传感器则常用于物体识别和辅助驾驶等领域。
红外传感器的应用红外传感器在各个领域都有广泛的应用。
下面将介绍一些主要的应用领域：1.工业应用：–温度测量和控制–分析和检测–热成像和红外检测2.军事与安防：–热成像和夜视觉–目标探测和识别–危险品检测和防范3.医疗与健康：–体温测量和监护–红外医学成像–生命体征监测4.消费电子：–手机和平板设备的红外遥控–智能家居设备的人体检测和控制红外传感器的研究进展近年来，红外传感器的研究在技术和应用方面取得了一系列突破和进展。
热电材料的研究进展论文
热电材料的研究进展论文热电材料的研究进展张燃郭睿曹达友摘要:随着能源危机和环境污染的日益严重～热电材料引起了人民越来越多的重视。
本文叙述了热电材料的优点～介绍了几种热电材料的研究概况。
关键词:热电材料,研究进展,热电效应1. 前言由于在能量转化和固态制冷方面具有潜在的应用前景～热电材料在过去的十年间被广泛地研究[1—6]。
热电材料是一种通过其热电效应实现热能和电能之间相互转换的功能材料。
利用热电效应的热电转换装置已成功应用于许多领域～而这种成功应用只有建立在具有良好热电性能材料的基础上。
热电材料的热电转换2效率通常用无量纲热电优值ZT来表征～其定义式为:ZT=ST/ρλ=PFT/λ～式中S 是热电势～也叫Seebeck系数～T是绝对温度～ρ是电阻率～λ是热导率～PF为功率因子。
从式中可以看出～材料要有高的热电转换效率～这种材料应该具有高的ZT值～也就是要具有高的热电势～低的电阻率和低的热导率。
在理论上～ZT值并没有上限。
但是对于同一种材料而言～S、ρ和λ这三个参数并不是互相独立的而是相互关联制约的～它们均是载流子浓度的函数～这也就是说一般情况下它们不能同时被改善。
2. 热电材料研究概况随着能源危机和环境污染的日益严重～热电材料引起了人民越来越多的重视。
近半个世纪以来～人们对热电材料进行了广泛深入的探讨～开发出很多种类的热电材料。
现在比较成熟的热电材料有BiTe～PbTe～SiGe等体系。
近十几23年来～人们又不断发现一些新的材料体系。
2.1 BiTe基热电材料 23BiTe及其固溶体是研究最早也是最成熟的热电材料～目前大多数电制冷元23件都是采用这类材料。
BiTe的Seebeck系数大而热导率较低～其室温热电优值23Z,1～曾经被公认为是最好的温热电材料[7,8]。
自60年代至今～ZT=1一直被人们看作热电材料的性能极限～保持了40年之久。
直到最近几年～几种新型热电材料出现之后～这一极限才被突破。
非制冷红外探测器用热释电材料的研究进展
第35卷，增刊v01．35Su ppl em e n t 红外与激光工程如丘钳ed aI ld Las er Engi nee df 唔2006年l O 月oct ．20()6非制冷红外探测器用热释电材料的研究进展江勤，姜胜林，张海波，杨智兵，钟南海(华中科技大学电子科学与技术系，湖北武汉430074)摘要：分析了热释电非制冷红外探测技术的优势，介绍了当前应用较广泛的各种非制冷红外探测器用热释电材料，即单晶材料、高分子有机聚合物及复合材料和金属氧化物陶瓷及薄膜材料，并预计了热释电材料的发展趋势。
指出了铁电性热释电陶瓷材料的优越性，其应用分为正常热释电体、介电测辐射热型热释电体和弥散相变热释电体，并分别列出了具有代表性材料的研究结果。
最后，指出了研究高性能、大尺寸、易加工的热释电薄膜材料的制备技术，是未来红外探测器用热释电材料的发展的关键；并在此基础上结合半导体集成工艺，制备高性能、大规模的热释电红外焦平面阵列。
关键词：非制冷红外探测器；热释电；铁电；研究进展中图分类号：T M 2文献标识码：A文章编号：1007．2276(2006)增E ．0127．06P 02r es s of pV r oel ect ri c i f10r uncool ed i nf l r ar ed det ec t or r r 02r eSS 0I pV r oel eC t r l C ma t er l al t or U nC 00l en l nI r a r en net eC t or J I A N G Q in ，JI A N G Sheng —l i I l ，Z H A N G H ai _bo ，Y A N G Z l l i -bi ng ，ZH O N G N a n-hai (D cpar h I l ent of El e c 仃o ni c Sci ence 锄d T ec hnol ogy'H u 缸hong U n i ve 璐i t y of Sci en ce 卸d 1khnol ogy'w uh 强430074。
热释电材料的应用技术原理
热释电材料的应用技术原理1. 引言热释电材料是一种能够根据温度变化而产生电荷的材料，它在红外光谱范围内具有较高的吸收率和较低的反射率，因此在各个领域都有广泛的应用。
本文将介绍热释电材料的应用技术原理，并列举一些具体的应用场景。
2. 热释电效应的原理热释电效应是指某些物质在温度变化时能够发生极性变化，并产生相应的电荷。
这是由于热释电材料的晶格结构与温度变化之间的相互作用引起的。
当温度上升时，晶格结构会发生微小而有规律的形变，导致电荷重分布。
这种电荷重分布可以通过电极连接到外部电路中，进而产生电流和电压。
3. 热释电材料的应用技术3.1 红外传感器热释电材料在红外传感器中被广泛应用。
红外传感器利用热释电效应来感知人体的热辐射，并转换为电信号。
这样的传感器常用于安防系统、自动门控制和智能家居等领域。
其工作原理是利用热释电材料感测人体的热辐射，当有人靠近时，热释电材料会产生电荷重分布，从而触发传感器。
3.2 热成像热释电材料也被应用于热成像技术中。
热成像是利用物体辐射出的热能来生成图像，用于检测和诊断各种问题。
热释电材料可用作热成像装置的感温元件，能够将物体的温度变化转化为电信号，再通过处理器生成热成像图像。
热成像技术广泛应用于建筑、医疗和军事等领域。
3.3 温度测量由于热释电材料能够将温度变化转化为电信号，因此也可以用于温度测量。
热释电温度传感器利用热释电材料感测周围环境的温度，并将温度变化转化为相应的电信号。
这些传感器特点是响应速度快、可靠性高，常应用于工业控制和仪器设备中。
3.4 热电制冷热释电材料的热释电效应不仅可以将温度变化转化为电信号，还可以反过来将电信号转化为温度变化。
这一原理被应用于热电制冷技术中。
热电制冷是一种以热释电材料为核心的制冷技术，通过施加外部电场，使热释电材料产生温度梯度，从而实现制冷效果。
热电制冷技术在电子器件和航天领域有着广泛的应用。
4. 结论热释电材料的应用技术原理是基于其热释电效应，能够将温度变化转化为电信号，或者将电信号转化为温度变化。
热释电红外 原理
热释电红外原理
热释电红外（Pyroelectric Infrared）是利用材料的热释电效应
产生的电荷变化来检测红外辐射的一种技术。
其原理基于热释电效应，即在一些特定的材料中，当其被热量激发时，会产生电荷的分离和积聚。
热释电红外器件通常由热释电材料和引线两部分组成。
热释电材料是一种具有热释电性质的晶体，例如铌酸锂（LiNbO3）
或四硼酸锂（LiB3O5）。
当红外辐射照射到热释电材料时，
材料的温度会发生变化。
由于热释电效应，该温度变化会导致材料内的正负电荷发生分离，并在材料表面积聚。
引线的作用是将材料上积聚的电荷传递到外部电路中。
一般来说，引线由金属制成，可以保证电荷的导电性能。
当热释电红外器件暴露在红外辐射下时，材料温度发生变化，使得材料内部的电荷分离和积聚。
这些积聚的电荷会产生电场，进而产生电压。
通过引线，这个电压可以传递到外部电路中，并产生可测量的电信号。
在具体应用中，热释电红外技术被广泛应用于热成像、人体检测、安防监控等领域。
通过检测和分析红外辐射的变化，我们可以获得关于温度、人体活动等信息。
由于热释电红外技术具有快速响应、高灵敏度和能够工作在室温下的优点，因此在安防和监控领域得到了广泛应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
470
6. 0
200
0. 022
PLZT 8/ 40/ 60
245
6. 2
980
0. 012
PLZT12/ 40/ 60
145
6. 3
1300
0. 013
它的压电常量较小, 从而可大大抑制热释电探测 是一种很有希望的热释电材料, PZT 陶瓷材料性 器因机械振动而引起的噪音 电信号输出. 因此, 能见表 2. 近年来, 改性锆钛酸铅的研究工作进展很快, 它
76
蒙自师范高等专科学校学报
第 4卷
光等工序, 从而降低成本; 缺点也有, 介电损耗增 大, 所以探测率优值严重下降. 另一种方法是设 计新的材料或工作模式, 让热释电探测器工作于 铁电相附近, 这是因为, 在材料的铁电相附近, 材 料的介电 常数变化 不大, 而热释 电系数 呈现峰 值, 因而可以大大提高材料的电压响应优值( 即 热释电优值) . 在 PbZrxTi1- xO3( 0. 65< x< 0. 95) 和 某些 PZT 为基的四元系铁电陶瓷中, 都已观察到 铁电相变附近热释电探测响应率的提高.
率的测量, 从而实现对远距离热物体的探测.
3 热释电材料的性能指标及其应用的研
究进展
工程上往往用 3 个优值指数反映对热释电 材料的要求[ 1] :
3. 1 电流响应优值 Fi =
P c'
,
其中
c'是热释电材料
单位体积的热容, 常用热释电材料的约为 2. 5 @
106J#m- 3#K- 1;
3. 2 电压响应优值 FT= cP'E, 其中 E 为热释电材料 的介电常数, 由于不同热释电材料的差别不大,
氨酸并以磷酸 根取代部分硫酸根的 TGS) . 它们
的热释电系数增高, 介电常数降低, 介电损耗减 小, 因此性能全 面优于 TGS. 不过该系 列材料的
缺点是易水解, 需要密封, 并且加工也不方便.
LiTaO3 是铌酸锂型结构的晶体. 它的热释电
子系数小, 电压响应优值 FT 较低, 但因其介电损 耗很小, 所以探测率优值 Fd 相当高, 并且这种材
尽管热释电晶体材料经过不断改进其性能, 具有热释电系数高, 介电常数低, 居里温度高及 制造成本低等优点, 但是采用其晶体, 陶瓷等块 状材料很难制成小型, 大面积, 集成化和低驱动 电压的器件, 因此, 随着微电子技术发展的需求, 对热释电材料薄膜化的要求越来越高[ 4] . 铁电薄 膜已经成为另一大类热释电材料, 它们在热释电 探测上的应用很有前途. 自铁电薄膜的制备技术 在 80 年中期获得突破性 进展以来, 人们一直致 力于研究铁电薄膜在在微电子技术, 光电子技术 和集成光学中的应用. 以经提出和制备了一大批 相关器件, 相对于体材料而言, 薄膜型热释电红 外探测器不仅具有分辨率高, 反应快, 能与微电 子相集成等优点, 而且能够抗氧化, 耐高温, 耐潮
为了简捷地衡量,
常常只比较材料的
P E
或
P Er
,
并
简称之为材料的热释电优值;
3. 3 探测优值, Fd=
P 1 , 其中 tanD为热释电
c'E( tanD) 2
材料的介电损耗因子. 下面我们就综合说明一下
目前一些典型热释电晶体材料存在的一些优点
与缺点.
有机晶体 TGS( 硫酸三甘肽) 和 DTGS( 氘化的
还不断研制新的复合材料, 这是因为, 复合材料 的介电常数和热释电系数都与两相的体积比有 关, 因而可以设计出电压响应优值或探测率优值 可能比单一材料高的复合材料. TGS 颗粒/ PVDF ( PVF2) 聚偏二氟已烯( 聚二氟已烯) 热释电复合 材料就是一个典型例子. 新的复合材料 PVDF 具 有电压的响应优值高的特点; 另一个优点是其易 于制得大面积的薄膜( 6Lm 以下) , 不需减薄和抛
表 2 改性 PZT 陶瓷材料性能
热释电系数 性质材料
P @ 10- 8C/ ( cm2k)
介电常数Er ( 1kHz)
介电损耗因子 Tan D( 1kHz)
国内改性 PZT
> 3. 8
2900
国外改性 PZT 5. 5- 6. 0
1700
< 0. 003 < 0. 008
表 1 列出的 PZ ) FN 陶瓷是改性的 PbZrO3PbFe13 Nb 23O3, 也是一种值得注意的新材料. 它是 以锆酸铅为基的含铌铁酸铅并加入氯化铀而获 得的一种复杂的固溶体新材料, 选择使用的主材 料具有足够高的居里温度和热释电系数, 而氯化 铀的适量( 约 3% ) 加入又使介电常数和介电损耗 都得到降低. 在这种新思想的引导下, 人们除了 对现有材料进行掺杂, 改性或改变晶体切型外,
热释电电压为:
vu=
AR
dQ dt
AR(
dPs dT
)
(
dT dt
)
=
ARP
dT dt
,
其中
P=
dPs 为热释电系 dt
数. 可见, 热释电晶体两极板输出的讯号电压正
比于红外辐射的温度变化率ddTt , 而不取决于晶体 与热辐射是否达到热平衡, 因此可通过测量讯号
电压的变化实现对远距离热辐射目标温度变化
摘 要: 文章列出主要常规红外热释电材 料及其主要参数, 在对它们进行比较的同时, 着重阐述国内外 近年来红外热释电材料在红外热释电探测器方面应用研究的主要进展。
关 键 词: 热释电效应; 红外热释电材料; 热释电 探测器; 铁电薄膜 中图分类号: TM2 文献标识码: A 文章编号: 1008- 9128( 2002) 02- 0073- 04
第2期
杨瑞东 王光科: 红外 热释电材料的研究进展
75
数, 介电常数和介电损耗等, 从而进一步提高热 热释电系数比其它材料高, 但其介电系数和介电
释电材料的性能. 近年来, 由于陶瓷制造工艺的 发展, 出现了热压法, 微细粉末精制法等, 可制成 更致密的陶瓷, 以及随着添加剂研究的进展, 能 够成功地获得热释电性能较高的铁电陶瓷, 其代 表是 PLZT 陶瓷, 它是用 La 置换 PbT io3 - PbZrO3 中部分 Pb 的固溶体, 在晶格中生成 A 缺位, 其组 成为( Pb1- xLax) ( Zr1- yTiy) O3, 它的居里温度高, 热 释电系数也很高, 且随 La 的添加量增加, 热释电
测器. 目前, 这种晶体的生长还有些困难, 需要进
一步研究.
与热释电单晶材料相比, 铁电氧化物型热释电陶 瓷具有一系列优点, 如易于制成大面积的器件且 成本低, 力学性能和化学性能好, 便于加工, 居里 温度高, 所以在通常条件下, 没有退极化问题. 此 外, 在陶瓷中可以进行多种多样的 掺杂和取代, 可在相 当大的 范围内调 节其性 能, 如热释 电系
湿, 耐辐射, 因而是制作高性能 热释电红外探测 比较理想的的材料.
4 结束语
通过以上分析可以看出, 红外热释电新材料 的研究与应用非常活跃, 并显示了相当 的实力, 我们认为, 铁电薄膜材料比较适宜研究和生产的 实际情况, 将会为红外热释电材料的优选材料.
参考文献: [1] 干 福 熹. 信 息材 料 [ M] . 天 津: 天 津 大 学 出 版 社,
料性能很稳定, 广泛用于单元热释电探 测器, 不
过, 由于其介电常数低, 所以 不适于探测器阵列
中的小面积探测器. SBN- 50( Sr0. 5Ba0. 5Nb2O6) 是一种钨青铜型结
构的晶体, 它的热释电系数较大, 介电损耗较小,
所以探测率优值 Fd 相当高, 它的另一特点是电 容率很大, 所以适用于探测器阵列中的小面积探
我们知道, 当 T>
1 S
的调制光照射到晶体时,
负载两端就会产生交流讯号电压, 其温度变化率
dT dt
将使
垂直于热电轴
图 2 单一元件热释电传感器工 作原理
方向的晶体单位表面的电荷发生变化: ddQt =
dPs dt
,
其中
Q
为晶体表面的电荷面密度,
Ps
为自发
极化强度. 设两极极面积为 A, 负载电阻为 R, 则
1 引言
尽管早在约公元前 300 年, 人们就发现了热 释电效应, 但从 19 世纪末开始, 随着近代物理的 发展, 关于热释电效应定量和理论的研究才日益 增多. 近 20 年来, 随着激光和红外技术的迅速发 展, 无论在温度记录, 气体分 析, 激光功率控制, 遥感及红外成像等许多领域都迫切需要性能优 良的红外热释电敏感器件. 热释电型红外传感器 与其它热电传感器相比, 具有不需要低温工作条 件, 响应速度快( 响应时间可达微秒) 以及在很宽 广的红外光范围, 其响应几乎与波长无关等优良 性能. 目前, 国内外对各种红外热释电材料及热 释电红外传感器的研究十分活跃. 许多具有强热 释电效应的材料, 如单晶, 铁电陶瓷和热释电薄
图 1 热释电晶体在温度变化时所显示的热释电效应示意 a) 恒温下 b) 温度变化时 c) 温度变化 时的等效表现
X 收稿日期: 2002- 03- 05 第一作者: 杨瑞东( 1973- ) , 男, 云南通海人, 助教, 主要从事材料计算、材 料生长模拟研究.
74
蒙自师范高等专科学校学报
第 4卷
TGS
49
5. 5
55
0. 025
2. 6
DTGS
62
5. 5
43
0. 020
2. 4
LiTaO3
665
2. 347Βιβλιοθήκη 0. 0053. 2
SBN- 50
115
5. 5
100
0. 003
2. 5
PZ- FN 陶瓷