熱釋�傳感�是利用熱釋電效應(yīng)制成的一種非常有�(yīng)川潛力的傳感器。它能檢測人或某些動(dòng)物發(fā)射的紅外線并�(zhuǎn)換成電信號輸�。激�、紅外技�(shù)的迅速發(fā)�,推�(dòng)了對熱釋電效�(yīng)的研究和對熱釋電晶體的應(yīng)用開�(fā)�
熱釋電效�(yīng)原理
�(dāng)一些晶體受熱時(shí),在晶體兩端將會(huì)�(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電荷,這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象被稱為熱釋電效�(yīng)�
凡是有自�(fā)極化的晶�,其表面均會(huì)出現(xiàn)面束縛電�。而這些面束縛電荷平�(shí)被晶體內(nèi)部的自由電子和空氣中附著在晶體表面的自由電荷所中和,其白發(fā)極化電矩不能表現(xiàn)出來,因此在常態(tài)下呈中��
如果交變的輻射通過光敏元照射在極化晶體�,則品體的溫度就�(huì)變化,晶體結(jié)�(gòu)中的止負(fù)電荷重心相對移位,自�(fā)極化�(fā)生變�,晶體表面就�(huì)�(chǎn)生電荷耗盡,電荷耗盡的狀況正比丁-極化程度。即:晶片的白發(fā)極化�(qiáng)度以及由此引起的面束縛電荷的密度均以同樣頻率�(fā)生周期性變�。如果面束縛電荷變化較快,自由電荷米不及中和,在垂直?。装l(fā)極化久餐的兩�(gè)端面間就�(huì)出現(xiàn)交變的端電壓�
�1表示了熱釋電效應(yīng)形成的原��
熱釋電效�(yīng)材料
能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的晶體稱之為熱釋電體或熱釋電元件,常川的熱釋電材料有單品、樂電陶瓷及高分子薄膜等種類�
單晶熱釋電晶體的熱釋電系�(shù)�,介�(zhì)損耗小,性能的熱釋電傳感器至今人多選川單品制�,如TGS、LATGS、LiTa03��
壓電陶瓷熱釋電晶體成本較�,響�(yīng)較慢。如入侵�(bào)警州PZT陶瓷傳感器:I:作頻率�0�
熱釋電電流的輸出
熱釋電傳感器利用的止是熱釋電效應(yīng),是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組�,元件兩�(gè)表面做成電極而構(gòu)成響�(yīng)元。當(dāng)傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有△T的變化時(shí),因熱釋電效�(yīng)�(huì)在兩�(gè)電極上產(chǎn)生電荷AQ,即在兩電極之間�(chǎn)生一微弱電壓AV�
由于它的輸出阻抗極高,所以傳感器中有一�(gè)場效�(yīng)管�(jìn)行阻抗變�。熱釋電效應(yīng)所�(chǎn)生的電荷△O�(huì)跟空氣中的離子結(jié)合而消失,�(dāng)�(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí),AT=O,傳感器無輸出�
與所有熱傳感器一�,熱釋電傳感器的�(dòng)作原理可以用3�(gè)過程來描述:由輻射轉(zhuǎn)化為熱的吸收過程:由熱轉(zhuǎn)化為溫度的加熱過程:由溫度轉(zhuǎn)化電的測溫過程。加熱過程與熱敏電阻、熱電偶是類似的�
根據(jù)熱平衡方�,對周期變化的紅外輻射響�(yīng)元溫升為
式中:①一正弦變化輻射功率峰值;∽一輻射角頻�;e一響應(yīng)元比輻射率;G一響應(yīng)元熱�(dǎo),單�1/WK:TT=C/G熱容與有效熱�(dǎo)之比,即熱時(shí)間常�(shù),單位S�
而熱釋電電流與輻射角頻率、響�(yīng)元面�、溫升成正比,可�,對于特定的響應(yīng)�(其面積Ad、熱電系�(shù)P、比輻射率e、響�(yīng)元熱�(dǎo)G、熱�(shí)�
常數(shù)t一�)的熱釋電電流,如果輻射角頻率一�,則只與感受的輻射功率的人小成l[�,并隨輻射功率的變化而變��
輻射角頻�、熱�(shí)間常�(shù)、電�(shí)間常�(shù)對熱釋電器件響應(yīng)率的影響可歸納為如圖所示的熱釋電傳感器△T、R與u的對�(shù)�(guān)系曲線:
�=0�(shí),響�(yīng)率為��
u�0�(shí)�
?、賅≤l/Tr� 響應(yīng)率隨角頻率增加而增�
?�?/r7.≤W�1/r u向應(yīng)率為常數(shù)�
?、踂�1/z- 響應(yīng)率與角頻率成反比�
熱釋電傳感器光譜響應(yīng)范圍很寬,可以非致冷工作,已廣泛用于輻射測量。由于傳感器性能均勻,功耗低,成像型的熱釋電面陣有很好的�(yīng)用前��
隨著相關(guān)信號處理器性能和可靠性的不斷提高,熱釋電晶體己廣泛用于紅外光譜儀、紅外遙感以及熱輻射傳感��
熱釋電傳感器因其�(jià)格低�、技�(shù)性能�(wěn)定而廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化控制裝置中,既可作為紅外激光的一種較理想的傳感器,義可做成人體被�(dòng)式熱釋電紅外探頭用于防盜�(bào)警、來告知及非接觸開關(guān)等紅外領(lǐng)��
維庫電子�,電子知�(shí),一查百��
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