7光波探测与解调2

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1、1光波的探测与解调22热释电效应热释电效应指的是某些晶体的电极化强度随温度变化而释放表面吸附的部分电荷。基于该效应制成的光电转换器件有红外探测器，热电激光量热计，夜视仪以及各种光谱仪接收器等。3热释电探测器工作原理器件吸收入射辐射功率产生温升，温升引起材料某种有赖于温度的参量的变化，检测该变化，可以探知辐射的存在和强弱。这一过程比较缓慢，因此一般热电探测器件的响应时间多为ms量级。热释电器件相当于一个以热电晶体为电介质的平板电容器。入射辐射可引起电容器电容的变化，因此，可利用这一特性来探测变化的辐射。对光辐射的转换过程：第一步按系统的热力学特性来确定入射辐射所引

2、起的温度升高；第二步探测器件因温升引起器件物理特性的变化而输出各种电信号。4热释电探测器的优缺点优点：①光谱响应范围特别宽，从紫外到红外几乎都有相同的响应，光谱特性曲线近似为一条平线。②工作时无需制冷。缺点：灵敏度低，响应时间较长。5热释电探测器使用注意1)、比较理想的热探测器，其机械强度、响应灵敏度、响应速度都很高。2)、只能测量变化的辐射，辐射恒定时无输出。3)、输出是背景与热辐射体的温差，而不是热辐射体的实际温度。测温时，需先用辅助探测器测出背景温度。4)、各种热释电材料都存在一个居里温度，使用范围小于居里温度。6居里温度居里温度是指材料可以在铁磁体和顺磁

3、体之间改变的温度。低于居里温度时该物质成为铁磁体，此时和材料有关的磁场很难改变。当温度高于居里温度时,该物质成为顺磁体，磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。这时的磁敏感度约为10的负6次方。如铁的居里温度是770℃,铁硅合金的居里温度是690℃等。利用这个特点，人们开发出了很多控制元件。例如，我们使用的电饭锅就利用了磁性材料的居里点的特性。在电饭锅的底部中央装了一块磁铁和一块居里点为105度的磁性材料。当锅里的水分干了以后，食品的温度将从100度上升。当温度到达大约105度时，由于被磁铁吸住的磁性材料的磁性消失，磁铁就对它失去了吸力，这时磁铁和磁性材料之间的

4、弹簧就会把它们分开，同时带动电源开关被断开，停止加热。7居里温度8被动式热释电红外探测器应用被动式热释电红外探头的工作原理及特性：在自然界，任何高于绝对温度（-273度）时物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器(PIR)，它能将波长为8—12um之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释

5、电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化的电信号。9被动式热释电红外探测器应用人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10微米左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10微米左

6、右的红外线而进行工作的。人体发射的10微米左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10微米左右的红外辐射必须非常敏感。2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对

7、两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。4)人一旦侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。5)菲涅尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。10热释电摄像管热释电摄像管热释电也可制成探测器阵列，已有320240像敏元的热释电热成象系统上市，主要用于红外摄像机。碲镉汞（CMT）器件可以单元使用，也可以线阵或面阵使用，具有极高的灵敏度，已成功的应用在我国风云一

8、号和风云二号卫星上。但碲