第三章 红外探测器.ppt

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1、第三章红外探测器3.1红外探测器的分类任何温度高于绝对零度的物体都会产生红外辐射。如何检测它的存在，测定它的强弱并将其转变为其他形式的能量(多数情况是转变为电能)以便应用，就是红外探测器的主要任务。红外探测器是红外系统中最关键的元件之一。红外探测器所用的材料是制备红外探测器的基础，没有性能优良的材料就制备不出性能优良的红外探测器。完整的红外探测器的构成一个完整的红外探测器包括红外敏感元件、红外辐射入射窗口、外壳、电极引出线以及按需要而加的光阑、冷屏、场镜、光锥、浸没透镜和滤光片等，在低温工作的探测器还包括杜瓦瓶，有的还包括前置放大器。按探测器工作机理区分，可将红外探测器分为热探测

2、器和光子探测器两大类。3.1.1热探测器工作原理：热探测器吸收红外辐射后产生温升，然后伴随发生某些物理性能的变化。测量这些物理性能的变化就可以测量出它吸收的能量或功率。常见的类型：常利用的物理性能变化有下列四种，利用其中一种就可以制备一种类型的热探测器。1.热敏电阻热敏物质吸收红外辐射后，温度升高，阻值发生变化。阻值变化的大小与吸收的红外辐射能量成正比。利用物质吸收红外辐射后电阻发生变化而制成的红外探测器叫做热敏电阻。热敏电阻常用来测量热辐射，所以又常称为热敏电阻测辐射热器。常见的热敏电阻及其应用形式十分广泛，例如图3-1至3-8所示。图3-1热敏电阻图3-2NTC热敏电阻图3-

3、3常用热敏电阻图3-5常用热敏电阻出现形式图3-6热敏电阻接头和引出线图3-7热敏电阻用作温度传感实验图3-8热敏电阻测试仪热敏电阻器种类繁多，一般按阻值温度系数可分为负电阻温度系数和正电阻温度系数热敏电阻器；按其阻值随温度变化的大小可分为缓变和突变型；按其受热方式可分为直热式和旁热式；按其工作温度范围可分为常温。高温和超低温热敏电阻器；按其结构分类有棒状。圆片。方片。垫圈状。球状。线管状。薄膜以及厚膜等热敏电阻器。热敏电阻器的主要特点是对温度灵敏度高，热惰性小，寿命长，体积小，结构简单，以及可制成各种不同的外形结构。因此，随着工农业生产以及科学技术的发展，这种元件已获得了广泛的

4、应用，如温度测量。温度控制。温度补偿。液面测定。气压测定。火灾报警。气象探空。开关电路。过荷保护。脉动电压抑制。时间延迟。稳定振幅。自动增益调整。微波和激光功率测量等等。电阻测辐射热器，有半导体测辐射热器、金属测辐射热器和超导体测辐射热器。热敏电阻是一种半导体测辐射热器，常用Mn、Co和Ni的氧化物按一定比例混匀烧结成薄片，在吸收红外辐射的表面制备一层吸收层，引出电极，封装好后性能达到要求的即可使用。光敏面积一般为10的-2次平方毫米到几个平方毫米。为了在确保所需视场的情况下提高探测灵敏度，常制备成浸没型热敏电阻探测器。热敏电阻在温度补偿中的应用在仪表电路中，有很多像线绕电阻一样

5、用金属丝做的元件。金属丝一般都具有正温度系数，采用负温度系数的NTC热敏电阻进行补偿，就能抵消由于温度变化所产生的误差。图3-9是一种温度补偿电路。是将NTC热敏电阻与电阻温度系数非常小的锰铜丝电阻并联后再与被补偿的元件串联，达到温度补偿的作用。图3-9热敏电阻在仪表温度补偿中的应用示意图热敏电阻用在晶体管电路中稳定工作点图3-10(a)所示为一个简单晶体管电流放大器，在基极回路中接大了一个NTC热"敏电阻RT。在环境温度变化时，线路输出电流也会有变化，加大了NTC后就可自动调整这一级晶体管的集电极直流电流，稳定晶体管的输出增益。图2用NTC稳定晶体管工作点　　图3-10(b)中

6、将NTC热敏电阻肝与发射极电阻并联，当晶体管发射结电阻随温度升高而阻值增大时，NTC热敏电阻RT就起到补偿作用。图3-10(c)为一晶体管收音机低频功率放大级。在该级的下偏置电阻上并联了一只NTC热敏电阻RT，当温度升高引起集电极电流增加时，由于下偏置电阻减小，基极电流也减小，因而使集电极电流下降，起到了稳定工作点的作用。图3-10三种NTC热敏电阻稳定晶体管工作点的电路用NTC热敏电阻作温度测量装置图3-11为一热敏电阻温度计。图中RT为热敏电阻，由于热敏电阻的阻值随温度变化而变化，因而使接在电桥对角线间的微安表指示也相应地变化。热敏电阻温度计的精确度可以达到0.1℃感温灵敏度

7、在10s以下。图3-11热敏电阻温度计热敏电阻温度采集电路图3-12温度采集电路热敏电阻温度特性曲线图3-13温度特性曲线2.热电偶把两种不同的金属或半导体细丝(也有制成薄膜结构)连成一个封闭环，当一个接头吸热后其温度和另一个接头不同，环内就产生电动势，这种现象称为温差电现象。利用温差电现象制成的感温元件称为温差电偶(也称热电偶)。温差电动势的大小与接头处吸收的辐射功率或冷热两接头处的温差成正比，因此，测量热电偶温差电动势的大小就能测知接头处所吸收的辐射功率或冷热两接头处的温差。