热释电红外探测器简称热释电探测器,是近十年来在热探测领域得到重要发展的一种新型热探测器。据报道这种探测器可以广泛地用于辐射温度测量、红外光谱测量等领域。
红外线的辐射波长约0.77~1000pm,红外辐射的不同波段有不同的应用。从军事上的红外线制导导弹、红外成像夜视仪,到包含高新尖端技术的红外气象卫星,从工业上普遍应用的红外光电计数器、红外测温仪、红外气体分析仪,到民用的波动式红外防盗报警器、人体红外自动照明开关等,红外传感技术已在空间、工农业、民用等各个领域得到广泛应用。热释电红外探测器简称热释电探测器,是近十年来在热探测领域得到重要发展的一种新型热探测器。据报道这种探测器可以广泛地用于辐射温度测量、红外光谱测量、激光参数测量、非接触式温度测量、T业过程自动监控、安全警戒、红外摄像与空间技术等方面。我国在这方面的研究,虽然起步晚些,但近年来也有重要研究成果报道,这种探测器和以往常用的测辐射热计、温差热电堆等热探测器比较,具有以下特点:
频率特性好。其他热探测器都是在热平衡后输出最大,工作时辐照时间必须大于热平衡的时间常数(一般为数ms至数十ms)。而热释电探测器,是在非热平衡状态下工作的,热平衡时反而没有输出,因此工作时辐照时间必须小于热平衡时间常数(一般为0.1~1s)。也就是说它的工作速度不受热平衡的限制,其频率的上限主要取决于其等效电容和后续电路。
在室温下工作,不需制冷即能获得很高的灵敏度,可与低温下高灵敏度的测辐射热计相媲美。
输出阻抗是纯电容性的,直流阻抗极高。
体积小、重量轻、坚固。
因此,热释电探测器是一种很理想的红外辐射探测器,在热探测领域中占有十分重要的位置。
1.测量原理
红外测温仪的测温原理是黑体辐射定律。众所周知,自然界中一切高于绝对零度的物体都在不停向外辐射能量,物体向外辐射能量的大小及其波长的分布与它的表面温度有着十分密切的联系,物体的温度越高,所发出的红外辐射能力越强。黑体处于温度T时,在波长为λ处的单色辐射出度由普朗克公式确定。
热释电红外传感器由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成,元件两个表面做成电极,当传感器监测范围内温度有T的变化时,热释电效应会在两个电极上产生电荷,即在两电极之间产生微弱电压V。热释电探测器检测到变化的温度,经光电转换后,变成一个交流电压信号供信号处理电路进行处理。可由普朗克公式推导出辐射体温度的公式:
其中,T1为测目标的温度;T2为环境温度;ε1为被测目标辐射率;ε2为环境的辐射率;σ为斯忒藩-玻耳兹曼常数,且σ=5.6703×10-8W·m-2·K-4;K为表示探测器的灵敏度,且有
K=R·α·ε·σ1R
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