热释电探测器

第12章 辐射式传感器
第12章 辐射式传感器
热释电效应的强弱用热释电系数来表示。 假设整个晶体的温度均匀地改变了一个小 量ΔT，则极化的改变可由下式给出：
P pT, (8.1)
式中p是热释电系数。
对于恒定辐射没有响应。
第12章 辐射式传感器
概述： AE-S708系列红外热释电传感器是利用材料的热释电效应、材料的极化强度随温 度变化而探测红外线辐射的光接收器件；具有探测度高、响应频谱宽、响应时间 短、能在室温的情况下工作不需要致冷等优点； AE-S708系列红外热释电传感器根据使用场所不同装载了不同波长的窄带滤光片 或截止型滤光片，可广泛用于各种光谱测量、辐射功率测量、非接触温度测量、 气体分析、入侵报警、火焰探测、自动照明领域。 特点：
1.5～1.8μm，2.0～3.5 μm，即近、中红外波段，在白天日照条件好的时候扫描 成像常用这些波段，比如TM的5、7波段等用以探测植物含水量以及云、雪或用 于地质制图等。
3.5～5.5μm，即中红外波段，物体的热辐射较强。这一区间除了地面物体反射光 谱反射太 阳辐 射外 ， 地 面物 体也有自 身的 发射能量 。 比 如 ，NOAA 卫 星的 AVHRR传感器用3.55～3.93μm探测海面温度，获得昼夜云图。
第12章 辐射式传感器
大气的透射和大气窗口
红外辐射在大气中传播时，大气层对不同波长的红外线存在不 同的吸收带，红外线气体分析器就是利用该特性工作的，空气 中对称的双原子气体，如N2、O2、H2等不吸收红外线。而红外 线在通过大气层时，有三个波段透过率高，它们是2～2.6μm、 3～5 μm和8～14 μm，统称它们为“大气窗口”。这三个波段 对红外探测技术特别重要，因此红外探测器一般都工作在这三 个波段（大气窗口）之内。
第12章 辐射式传感器
1. 热探测器
热探测器的工作机理是：利用红外辐射的热效应，探测器的 敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使某些有关物理参 数发生相应变化，通过测量物理参数的变化来确定探测器所吸 收的红外辐射。
与光子探测器相比，热探测器的探测率比光子探测器的峰 值探测率低，响应时间长。但热探测器主要优点是响应波段宽， 响应范围可扩展到整个红外区域，可以在常温下工作，使用方 便， 应用相当广泛。
8～14μm，即远红外波段。主要来自物体热辐射的能量，适于夜间成像，测量探 测目标的地物温度。
0.8～2.5cm，即微波波段，由于微波穿云透雾的能力，这一区间可以全天候工作。 而且由其他窗口区间的被动遥感工作方式过渡到主动遥感的工作方式。如侧视 雷达影像，Radarsat 的卫星雷达影像等。其常用的波段为 0.8cm，3crn，5cm， 10cm，有时也可将该窗口扩展为0.05cm至300cm 波段。
近红外 中红外
0
3
6
远红外
极 远 红外
9
12
15
18
21
/ m
图12 – 1 电磁波谱图
第12章 辐射式传感器
第12章 辐射式传感器
大气窗口主要有：
0.3～1.3μm，即紫外、可见光、近红外波段。这一波段是摄影成像的最佳波段， 也是许多卫星传感器扫描成像的常用波段。比如，Landsat 卫星的TM 的 1～4 波 段，SPOT卫星的HRV波段等。
第12章 辐射式传感器
红外热像仪的工作原理如图8.2-10所示。光学系统收集辐射线，经滤波处理后将 景物图形聚集在探测器上，光学机械扫描包括两个扫描镜组：垂直扫描和水平扫 描。扫描器位于光学系统和探测器之间，当镜子摆动时，从物体到达探测器的光 束也随之移动，形成物点与物象互相对应。然后探测器将光学系统逐点扫描所依 次搜集的景物温度空间分布信息，变为按时序排列的电信号，经过信号处理后， 由显示器显示出可见图象—物体温度的空间分布情况。
第Leabharlann Baidu2章 辐射式传感器
ThermaCAM P30红外热像仪
德国英福泰克红外热像仪
FLIR夜视仪/FLIR红外热成像
第12章 辐射式传感器
长波1024×1024 QWIP照 相机的红外成像
从美国国家海洋和大气局的红外卫星云图上可以看到，美 国东区时间9月12日晚上9点15分时，飓风“伊万”的中心
距离古巴最西端东南方向190英里。
第1212.章1 辐红射外式传传感器感 器
12.1.1 红外辐射
/ m
10－ 9 10－ 7 10－ 5 10－ 3 10－ 1 10
/ cm
10－ 1 10
紫可 宇 宙 射 线 射 线 X射 线 外 见 红 外 线 微 波
线光
/m
102 103 104
无 线 电波
λ=0.76～1000 μm
便携式红外热像仪
第12章 辐射式传感器 红外热波无损检测技术的应用
第12章 辐射式传感器
12.1.2 红外传感器一般由光学系统、 探测器、信号调理电路及
显示单元等组成。 红外探测器是红外传感器的核心。红外探 测器是利用红外辐射与物质相互作用所呈现的物理效应来探 测红外辐射的。红外探测器的种类很多，按探测机理的不同， 分为热探测器和光子探测器两大类。
第12章 辐射式传感器
热探测器主要有四类：热释电型、热敏电阻型、热电阻型 和气体型。其中，热释电型探测器在热探测器中探测率最高， 频率响应最宽，所以这种探测器倍受重视，发展很快。这里我 们主要介绍热释电型探测器。
第12章 辐射式传感器
热释电型红外探测器是根据热释电效应制成的，即电石、 水晶、酒石酸钾钠、钛酸钡等晶体受热产生温度变化时，其原子 排列将发生变化，晶体自然极化， 在其两表面产生电荷的现象 称为热释电效应。用此效应制成的“铁电体”， 其极化强度 （单位面积上的电荷）与温度有关。当红外辐射照射到已经极化 的铁电体薄片表面上时引起薄片温度升高，使其极化强度降低， 表面电荷减少，这相当于释放一部分电荷，所以叫做热释电型传 感器。如果将负载电阻与铁电体薄片相连，则负载电阻上便产生 一个电信号输出。输出信号的强弱取决于薄片温度变化的快慢， 从而反映出入射的红外辐射的强弱，热释电型红外传感器的电压 响应率正比于入射光辐射率变化的速率。
第12章 辐射式传感器
红外热像仪是一种用来探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、电信号处理 等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的高科技产品。 红外热像仪具有很高的军事应用价值和民用价值。在军事上，红外热像仪可应用 于军事夜视侦查、武器瞄具、夜视导引、红外搜索和跟踪、卫星遥感等多个领域； 在民用方面，红外热像仪可以用于材料缺陷的检测与评价、建筑节能评价、设备 状态热诊断、生产过程监控、自动测试、减灾防灾等诸多方面。