红外热释电材料的研究进展
热释电红外传感器原理及其应用
热释电红外传感器原理及其应用热释电红外传感器原理及其应用
热释电红外传感器（thermoelectric infrared sensor，TIRS）是一种利用热释电效应（thermoelectric effect）来检测环境中红外热源的光学传感器。
它能够通过辐射能量与传感器内表面温度的差异来检测非可见的红外辐射，以实现远距离监测和测量热源发射能力的目的。
热释电红外传感器的工作原理是，当热释电芯片内的两个特定的同质金属材料互相接触时，会出现一个电压，这称为热释电效应。
热释电红外传感器将两种金属材质聚集在一起，当热源照射到传感器表面时，会让其中一种材料受热，而另一种材料不受热。
随着材料的表面温度升高，热释电效应将产生一个电压，这一区别值便可以表示出环境中红外辐射强度发生变化的情况。
热释电红外传感器广泛应用于飞机机舱设备房内的温度监控，能够检测空调系统及周边电子设备的温度变化，从而维持机舱温度在所需范围内。
此外，也常用于物流运输、医疗保健及无人机等行业对环境温度进行监控，能够有效降低安全风险，提高工作效率。
此外，热释电红外传感器还可用于检测大气污染物，能够根据环境温度及湿度两种因素来监测大气环境，提供可靠的污染数据以帮助制定行之有效的污染防治措施。
热释电红外传感器工作原理
热释电红外传感器工作原理热释电红外传感器是一种常见的红外传感器，其工作原理基于物质的热节电效应。
热释电红外传感器通常由薄膜材料制成的感测元件、接收与放大电路以及信号处理电路组成。
在工作过程中，热释电红外传感器通过感测元件检测目标物体发出的红外辐射，然后将其转化为电信号并传输给接收与放大电路进行处理。
感测元件通常采用的是热电效应材料，该材料具有独特的热电特性，即在温度变化时会产生电压变化。
热释电红外传感器的感测元件通常是由多个微型热电堆组成的热敏电阻网络。
每个热敏电阻都是由内部微加热结构和感测结构组成。
当目标物体进入热释电红外传感器的感测区域时，感测元件会受到目标物体发出的红外辐射的影响，使得感测元件中的热敏电阻发生温度变化。
这种温度变化会导致感测元件中的热敏电阻产生电压变化，进而输出电信号。
接收与放大电路通过将这个微弱的电信号放大，并进行滤波和增益控制，使得信号能够被信号处理电路准确地分析和处理。
信号处理电路会对接收到的电信号进行进一步的分析和处理，提取出有效的红外目标信号，并根据目标物体的距离、温度以及运动状况等信息进行判断和处理。
总的来说，热释电红外传感器的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 接受红外辐射：热释电红外传感器感测元件接收到目标物体发出的红外辐射。
2. 温度变化产生电压：目标物体的红外辐射导致感测元件中的热敏电阻发生温度变化，进而产生相应的电压信号。
3. 电信号放大：接收与放大电路对感测元件输出的微弱电压信号进行放大，以便信号能够被信号处理电路进一步处理和分析。
4. 信号分析与处理：信号处理电路对放大后的信号进行进一步的分析和处理，提取出有效的红外目标信号，并根据目标物体的距离、温度以及运动状况等信息进行判断和处理。
总的来说，热释电红外传感器利用物质的热节电效应，通过感测元件对红外辐射的感测和转化，实现对目标物体的探测和判断，并在安防、自动化控制等领域中得到广泛应用。
热释电红外传感器工作原理
热释电红外传感器工作原理
热释电红外传感器是一种测量和检测红外辐射的设备，它利用物体发出的红外辐射来探测物体的存在。
其工作原理基于物体的热能状态。
当一个物体的温度高于绝对温度零度时，它会发出红外辐射。
这些红外辐射按照不同的波长和频率发射出去。
热释电红外传感器通过检测这些红外辐射来感知物体的存在。
热释电红外传感器通常由一个红外探测器和一个信号处理单元组成。
红外探测器通常是由热释电材料制成，如锂钽酸锂、锂铌酸锂等。
这些材料能够根据温度的变化而产生电荷。
当物体靠近红外探测器时，物体的红外辐射也会靠近传感器。
这会导致探测器吸收更多的红外辐射，从而使其温度上升。
温度的升高会导致热释电材料中的离子在晶格之间移动，并产生电荷。
这些电荷被收集并转化为电压信号。
信号处理单元会接收并处理来自红外探测器的电压信号。
它会分析信号的幅度和频率，以判断是否存在物体并确定其位置和运动。
通过与预设的阈值进行比较，传感器可以触发适当的响应，如报警、触发摄像头拍摄等。
总之，热释电红外传感器通过测量和分析物体发出的红外辐射来感知其存在。
它的工作原理基于热释电材料的特性，利用物体温度的变化产生电荷，并将其转化为电压信号。
这种传感器可以广泛应用于防盗系统、人体检测、智能家居等领域。
红外传感器文献综述
红外传感器文献综述引言红外传感器是一种能够检测和测量物体周围红外辐射的设备。
在工业、军事、医疗和消费电子等领域，红外传感器被广泛应用于温度测量、遥控、安防等方面。
本文将对红外传感器的原理、分类、应用以及相关研究进展进行综述。
红外传感器的原理红外传感器的工作原理基于物体发射的红外辐射。
根据物体的温度，物体的表面会发射出不同波长的红外辐射。
红外传感器利用红外辐射转换为电信号，通过测量物体的红外辐射来获得物体的温度或其他相关信息。
常见的红外传感器原理主要有热电偶法、热电阻法、热释电法和红外成像等。
热电偶法利用两个不同材料的导线焊接处的温度差来产生电压信号。
热电阻法则是通过测量热敏电阻的电阻值，来间接测量物体的温度。
热释电法则是利用物体表面的红外辐射和热释电材料之间的相互作用来产生电压信号。
红外成像则通过捕捉物体发射的红外辐射图像，来实现对物体的检测和识别。
红外传感器的分类根据工作原理和应用领域的不同，红外传感器可以分为以下几类：1.热式红外传感器：–热电偶红外传感器–热电阻红外传感器2.光学式红外传感器：–红外光电传感器–红外线阵传感器–红外激光传感器3.无源红外传感器：–红外侦测传感器–红外数组传感器4.主动红外传感器：–红外测温传感器–红外热像仪5.数字红外传感器：–数字红外热像仪–数字红外线阵传感器不同类别的红外传感器适用于不同的应用场景。
热式红外传感器适用于辐射热测量和温度监测，而光学式红外传感器则常用于物体识别和辅助驾驶等领域。
红外传感器的应用红外传感器在各个领域都有广泛的应用。
下面将介绍一些主要的应用领域：1.工业应用：–温度测量和控制–分析和检测–热成像和红外检测2.军事与安防：–热成像和夜视觉–目标探测和识别–危险品检测和防范3.医疗与健康：–体温测量和监护–红外医学成像–生命体征监测4.消费电子：–手机和平板设备的红外遥控–智能家居设备的人体检测和控制红外传感器的研究进展近年来，红外传感器的研究在技术和应用方面取得了一系列突破和进展。
热电材料的研究进展论文
热电材料的研究进展论文热电材料的研究进展张燃郭睿曹达友摘要:随着能源危机和环境污染的日益严重～热电材料引起了人民越来越多的重视。
本文叙述了热电材料的优点～介绍了几种热电材料的研究概况。
关键词:热电材料,研究进展,热电效应1. 前言由于在能量转化和固态制冷方面具有潜在的应用前景～热电材料在过去的十年间被广泛地研究[1—6]。
热电材料是一种通过其热电效应实现热能和电能之间相互转换的功能材料。
利用热电效应的热电转换装置已成功应用于许多领域～而这种成功应用只有建立在具有良好热电性能材料的基础上。
热电材料的热电转换2效率通常用无量纲热电优值ZT来表征～其定义式为:ZT=ST/ρλ=PFT/λ～式中S 是热电势～也叫Seebeck系数～T是绝对温度～ρ是电阻率～λ是热导率～PF为功率因子。
从式中可以看出～材料要有高的热电转换效率～这种材料应该具有高的ZT值～也就是要具有高的热电势～低的电阻率和低的热导率。
在理论上～ZT值并没有上限。
但是对于同一种材料而言～S、ρ和λ这三个参数并不是互相独立的而是相互关联制约的～它们均是载流子浓度的函数～这也就是说一般情况下它们不能同时被改善。
2. 热电材料研究概况随着能源危机和环境污染的日益严重～热电材料引起了人民越来越多的重视。
近半个世纪以来～人们对热电材料进行了广泛深入的探讨～开发出很多种类的热电材料。
现在比较成熟的热电材料有BiTe～PbTe～SiGe等体系。
近十几23年来～人们又不断发现一些新的材料体系。
2.1 BiTe基热电材料 23BiTe及其固溶体是研究最早也是最成熟的热电材料～目前大多数电制冷元23件都是采用这类材料。
BiTe的Seebeck系数大而热导率较低～其室温热电优值23Z,1～曾经被公认为是最好的温热电材料[7,8]。
自60年代至今～ZT=1一直被人们看作热电材料的性能极限～保持了40年之久。
直到最近几年～几种新型热电材料出现之后～这一极限才被突破。
非制冷红外探测器用热释电材料的研究进展
第35卷，增刊v01．35Su ppl em e n t 红外与激光工程如丘钳ed aI ld Las er Engi nee df 唔2006年l O 月oct ．20()6非制冷红外探测器用热释电材料的研究进展江勤，姜胜林，张海波，杨智兵，钟南海(华中科技大学电子科学与技术系，湖北武汉430074)摘要：分析了热释电非制冷红外探测技术的优势，介绍了当前应用较广泛的各种非制冷红外探测器用热释电材料，即单晶材料、高分子有机聚合物及复合材料和金属氧化物陶瓷及薄膜材料，并预计了热释电材料的发展趋势。
指出了铁电性热释电陶瓷材料的优越性，其应用分为正常热释电体、介电测辐射热型热释电体和弥散相变热释电体，并分别列出了具有代表性材料的研究结果。
最后，指出了研究高性能、大尺寸、易加工的热释电薄膜材料的制备技术，是未来红外探测器用热释电材料的发展的关键；并在此基础上结合半导体集成工艺，制备高性能、大规模的热释电红外焦平面阵列。
关键词：非制冷红外探测器；热释电；铁电；研究进展中图分类号：T M 2文献标识码：A文章编号：1007．2276(2006)增E ．0127．06P 02r es s of pV r oel ect ri c i f10r uncool ed i nf l r ar ed det ec t or r r 02r eSS 0I pV r oel eC t r l C ma t er l al t or U nC 00l en l nI r a r en net eC t or J I A N G Q in ，JI A N G Sheng —l i I l ，Z H A N G H ai _bo ，Y A N G Z l l i -bi ng ，ZH O N G N a n-hai (D cpar h I l ent of El e c 仃o ni c Sci ence 锄d T ec hnol ogy'H u 缸hong U n i ve 璐i t y of Sci en ce 卸d 1khnol ogy'w uh 强430074。
热释电材料的应用技术原理
热释电材料的应用技术原理1. 引言热释电材料是一种能够根据温度变化而产生电荷的材料，它在红外光谱范围内具有较高的吸收率和较低的反射率，因此在各个领域都有广泛的应用。
本文将介绍热释电材料的应用技术原理，并列举一些具体的应用场景。
2. 热释电效应的原理热释电效应是指某些物质在温度变化时能够发生极性变化，并产生相应的电荷。
这是由于热释电材料的晶格结构与温度变化之间的相互作用引起的。
当温度上升时，晶格结构会发生微小而有规律的形变，导致电荷重分布。
这种电荷重分布可以通过电极连接到外部电路中，进而产生电流和电压。
3. 热释电材料的应用技术3.1 红外传感器热释电材料在红外传感器中被广泛应用。
红外传感器利用热释电效应来感知人体的热辐射，并转换为电信号。
这样的传感器常用于安防系统、自动门控制和智能家居等领域。
其工作原理是利用热释电材料感测人体的热辐射，当有人靠近时，热释电材料会产生电荷重分布，从而触发传感器。
3.2 热成像热释电材料也被应用于热成像技术中。
热成像是利用物体辐射出的热能来生成图像，用于检测和诊断各种问题。
热释电材料可用作热成像装置的感温元件，能够将物体的温度变化转化为电信号，再通过处理器生成热成像图像。
热成像技术广泛应用于建筑、医疗和军事等领域。
3.3 温度测量由于热释电材料能够将温度变化转化为电信号，因此也可以用于温度测量。
热释电温度传感器利用热释电材料感测周围环境的温度，并将温度变化转化为相应的电信号。
这些传感器特点是响应速度快、可靠性高，常应用于工业控制和仪器设备中。
3.4 热电制冷热释电材料的热释电效应不仅可以将温度变化转化为电信号，还可以反过来将电信号转化为温度变化。
这一原理被应用于热电制冷技术中。
热电制冷是一种以热释电材料为核心的制冷技术，通过施加外部电场，使热释电材料产生温度梯度，从而实现制冷效果。
热电制冷技术在电子器件和航天领域有着广泛的应用。
4. 结论热释电材料的应用技术原理是基于其热释电效应，能够将温度变化转化为电信号，或者将电信号转化为温度变化。
热释电红外 原理
热释电红外原理
热释电红外（Pyroelectric Infrared）是利用材料的热释电效应
产生的电荷变化来检测红外辐射的一种技术。
其原理基于热释电效应，即在一些特定的材料中，当其被热量激发时，会产生电荷的分离和积聚。
热释电红外器件通常由热释电材料和引线两部分组成。
热释电材料是一种具有热释电性质的晶体，例如铌酸锂（LiNbO3）
或四硼酸锂（LiB3O5）。
当红外辐射照射到热释电材料时，
材料的温度会发生变化。
由于热释电效应，该温度变化会导致材料内的正负电荷发生分离，并在材料表面积聚。
引线的作用是将材料上积聚的电荷传递到外部电路中。
一般来说，引线由金属制成，可以保证电荷的导电性能。
当热释电红外器件暴露在红外辐射下时，材料温度发生变化，使得材料内部的电荷分离和积聚。
这些积聚的电荷会产生电场，进而产生电压。
通过引线，这个电压可以传递到外部电路中，并产生可测量的电信号。
在具体应用中，热释电红外技术被广泛应用于热成像、人体检测、安防监控等领域。
通过检测和分析红外辐射的变化，我们可以获得关于温度、人体活动等信息。
由于热释电红外技术具有快速响应、高灵敏度和能够工作在室温下的优点，因此在安防和监控领域得到了广泛应用。
热电材料的研究现状及展望
热电材料的研究现状及展望热电材料的研究现状及展望热电材料是一类具有特殊性质的材料，可以将热能转化为电能，或者将电能转化为热能。
这种材料不仅在能源领域有着广泛的应用，也在环境保护和电子器件等领域起着重要作用。
热电材料的研究与发展一直是科学家们的重要任务之一。
本文将对热电材料的研究现状及其未来的展望进行探讨。
1. 热电材料的定义与原理介绍1.1 什么是热电材料热电材料是指能够实现热电效应的材料，即通过热梯度产生电压差或通过电压差产生热梯度的材料。
热电效应是指材料在温度差异作用下出现的电与热之间的相互转化现象。
1.2 热电效应的原理热电效应源于材料内部的电荷载流子在温度差异作用下发生迁移。
具体来说，在温度梯度作用下，电荷载流子会从高温区域向低温区域迁移，产生电势差；而在电场作用下，电荷载流子会发生迁移，产生热流。
这样，热电材料就可以实现热能到电能或电能到热能的转化。
2. 热电材料的研究现状目前，热电材料的研究主要集中在以下几个方面：2.1 热电材料的性能优化热电材料的性能优化是热电材料研究的重要方向之一。
研究人员通过合理设计材料结构、调节组分比例以及改变材料微观结构等手段，不断提高热电材料的热电性能，包括提高热电转化效率和热电耦合系数等。
2.2 可持续能源利用随着全球对能源的需求不断增长，人们对可持续能源的需求也越来越迫切。
热电材料作为一种可实现热能与电能转换的材料，具有广阔的应用前景。
研究人员正在探索利用热电材料来转化废热、太阳能、生物热等可再生能源为电能的方法，以实现能源的有效利用。
2.3 热电材料的多功能应用热电材料不仅可以用于能源领域，还可以在其他领域发挥重要作用。
在环境保护领域，热电材料可以用于制备具有抗菌、防污染等特性的材料；在电子器件领域，热电材料可以用于制备高效的热电能量转换器件等。
3. 热电材料研究的展望针对热电材料的研究，未来有以下几个发展方向：3.1 纳米材料的应用纳米材料具有较大的比表面积和较短的电子或热子传输路径，因此很适合用来制备高性能的热电材料。
新型热释电单晶材料与红外探测器的研究
ａ ｌ ｓ ｏ ｈ ａ ｓ ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ ｌ ｅ ｎ ｔ ｐ ｙ ｒ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｐ ｒ ｏ ｐｅ ｒ ｔ ｙ ．Ｔｈ ｅ ＰＭ ＮＴ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｗｅ ｇ ｒ ｅ ｗ ｈ ｓ ａ ａ ｐ ｙ ｒ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｅ ｒ
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文章 编 号 ： １ ６ ７ ２ — ８ ７ ８ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ １ ２ — ０ ４
新 型 热 释 电 单 晶材 料 与 红 外 探 测 器 的研 究
李 龙 罗 豪 刘林 华 许 晴 赵祥 永 李 晓兵 徐 海 清 林 迪
（ 中 国科 学 院上 海 硅 酸 盐研 究 所 （ 嘉 定 园 区） ，上 海 ２ ０ １ ８ ０ ０ ）
摘 要：主要 阐述 了 当前 热释 电红 外探测 器 的发 展状况 ，并重 点介 绍 了我 国尤其是 我
们在 新型 热释 电材料 以及 红外探 测器Байду номын сангаас方面 的主要 进展和 成果 。弛豫铁 电单 晶是 一类具
红外热释电
红外热释电红外热释电，又称红外热释电效应，是物质吸收红外线，表面电子层中的热电子随之受热而脱出，产生一种电流的现象，被称为红外热释电效应。
红外热释电效应是由美国物理学家威廉约翰逊和美国早期物理学家威廉沃尔特提出的。
1955年，约翰逊和沃尔特实验发现，他们用一种叫做钌锌铜的金属物质，将物质放入空气中，然后把空气中的一个红外线的灯照到金属中，会在特定的范围内产生一种特殊的电流，这就是红外热释电效应。
随着实验的不断推进，人们发现红外热释电效应的广泛应用，是重要的新型电子器件。
一般来说，红外热释电元件由发射端和接收端组成，发射端是把红外热释电效应产生的电流反馈到接收端。
其中，发射端是由至少一个热电晶体器件组成，它能产生甚至几千瓦的功率，然后将这些特定的电流发射出去。
接收端由一个受热元件组成，它能接收到发射端发出的电流，或者转换成电流、电压或其他信号，从而实现信号的传输。
红外热释电效应有许多应用。
主要应用有超快速化学传感器、红外激光计算器、红外视觉系统、红外分析仪器、红外温度测量仪器等。
其中，快速化学传感器是重要应用，通过红外热释电效应能够快速识别特定物质或气体的存在，从而提高工作效率。
同时，红外激光计算器是一种全新的计算技术，可以快速准确的计算复杂的数据，大大提高工作效率。
红外视觉系统可以检测特定范围内的微细物质，而红外分析仪器则可以快速准确的分析物质中的某些元素，从而快速检测物质中的各种物质。
此外，红外热释电效应的另一个应用是红外温度测量仪器，这是一种测量温度的新型仪器，可以通过测量物质表面的热释电效应来测量物体的温度，从而更快的准确的测量物体的温度。
红外热释电效应受到越来越多的关注，并受到了工程、科学和技术领域的广泛应用。
它拥有多种优点，如低功耗、快速反应、低成本和简单操作等。
随着技术的发展，红外热释电效应在未来将有更大的发展前景，并带来更多的科技创新，为人类社会发展带来巨大的潜力和机会。
热释电效应的原理与进展
利用热释电效应的原理，开发出可用于生物医学领域的传 感器、成像技术和治疗设备等。
01
环境监测领域
利用热释电效应检测环境中的温度变化， 开发探测领域
在航天探测领域，可以利用热释电效 应检测宇宙中的红外辐射，为航天器 的制导、导航和通信提供支持。
THANKS FOR WATCHING
能量转换器件
热释电能量转换器件利用热释电效应将热能转换为电能，是 一种高效、环保的能源利用方式。
热释电能量转换器件具有能量转换效率高、结构简单、易于 维护等优点，可应用于太阳能发电、余热回收等领域。
03 热释电效应的研究进展
高性能热释电材料的研究
新型热释电材料的探索
科研人员不断探索新型热释电材料，如钛酸 钡、锆钛酸铅等，以提高热释电性能。
热释电制冷
02
利用热释电材料将电能转换为机械能，实现快速制冷效果，可
用于电子设备散热、食品保鲜等领域。
热释电在新能源领域的其他应用
03
如热释电在太阳能利用、地热发电等领域的应用研究，探索其
在新能源领域更广泛的应用前景。
04 热释电效应面临的挑战与 展望
热释电材料性能的进一步提升
探索新型热释电材料
热释电效应的原理与进展
目 录
• 热释电效应的原理 • 热释电效应的应用 • 热释电效应的研究进展 • 热释电效应面临的挑战与展望
01 热释电效应的原理
热释电效应的定义
热释电效应是指某些材料在温度变化 时，由于晶体结构或晶格常数的变化 ，会在材料内部产生电荷的现象。
这种电荷通常被称为热释电电流或热 电电流，其大小与温度变化速率和材 料本身的性质有关。
优化器件结构设计
通过改进和优化热释电能量转换器件的结构设计，提高其能量转 换效率和稳定性。
热释电人体红外传感器原理及应用
热释电红外传感器原理及应用(测控技术与仪器1002班，刘建军发)【摘要】：随着社会的发展，各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活，以热释电红外传感器为核心的自动门系统就是其中之一。
热释电红外传感器是基于热电效应原理的热电型红外传感器。
其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合虑光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。
热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。
设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。
【关键词】：热释电、红外线、自动控制、自动门。
1热释电红外传感器原理1.1热释电红外传感器的原理特性热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。
不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。
为了抑制因自身温度变化而产生的干扰该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化并将其转换为电信号输出。
热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。
由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用因而需要用电阻将其转换为电压形式该电阻阻抗高达104ＭΩ，故引入的Ｎ沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换。
热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。
设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。
由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。
1.2 被动式热释电红外传感器的工作原理与特性人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。
热释电红外传感器原理及其应用
热释电红外传感器原理及其应用随着科技的不断发展，红外技术逐渐成为了现代社会中不可或缺的一部分。
作为红外技术的重要组成部分之一，热释电红外传感器因其灵敏度高、响应速度快等特点被广泛应用于安防、智能家居、医疗等领域。
本文将介绍热释电红外传感器的原理、工作方式以及应用。
一、热释电红外传感器原理热释电红外传感器是利用材料的热释电效应来检测周围物体的红外辐射。
热释电效应是指当某种材料受到辐射时，内部温度发生变化，进而导致该材料表面产生电荷，从而形成电势差。
这种电势差被称为热释电电势。
热释电红外传感器利用这种原理来检测周围物体的红外辐射，从而实现对物体的探测。
二、热释电红外传感器工作方式热释电红外传感器主要由热释电元件、前置放大器、滤波器、放大器等组成。
当传感器受到周围物体的红外辐射时，热释电元件内部的温度会发生变化，从而导致元件表面产生电势差。
这个电势差被传送到前置放大器中，经过滤波器和放大器的处理后，最终被转化为数字信号输出。
热释电红外传感器的灵敏度和响应速度主要取决于热释电元件的材料和结构。
常用的热释电元件材料有锂钽酸盐、钛酸钡、铁酸锂等。
不同的材料具有不同的响应频率和灵敏度，可以根据具体的应用场景进行选择。
三、热释电红外传感器应用热释电红外传感器由于其灵敏度高、响应速度快等特点，在安防、智能家居、医疗等领域得到了广泛的应用。
1.安防领域热释电红外传感器可以用于室内和室外监控系统中，可以检测到人体的红外辐射，从而实现对人体的探测和跟踪。
在夜间或低照度条件下，热释电红外传感器具有更好的效果，可以有效地防止盗窃和入侵。
2.智能家居领域热释电红外传感器可以用于智能家居系统中，可以检测到人体的活动和位置，从而实现对家居设备的自动控制。
例如，当人离开房间时，系统可以自动关闭灯光和电器设备，从而实现节能和智能化管理。
3.医疗领域热释电红外传感器可以用于医疗领域中，可以检测到人体的体温变化，从而实现对病人的监测和诊断。
吸收红外光的材料与设备研究
吸收红外光的材料与设备研究随着科技的飞速发展，人们对于光学材料的研究越来越深入。
其中，吸收红外光的材料是一个备受关注的领域。
在无线传输、制冷、太阳能电池、通信和安全监控等方面都有广泛的应用。
一、吸收红外光的材料及研究进展1.1 有机高分子材料有机高分子材料是目前被广泛研究的红外吸收材料之一。
这些材料具有优异的光电性能和机械性能，同时有很强的热稳定性和化学稳定性。
其中，多聚芳香醚砜类、聚氨酯类和聚苯乙烯类是研究的重点。
多聚芳香醚砜类具有优异的抗高温和热稳定性，适用于制备高性能红外吸收材料。
聚氨酯类材料透射率低、强度高，适用于制备红外吸收薄膜。
聚苯乙烯材料具有优异的透明度和韧性，适用于制备红外吸收涂层。
1.2 纳米结构材料纳米结构材料具有超大比表面积和量子限制效应，能够实现窄带红外吸收和高效红外辐射的控制。
金属和半导体纳米粒子是目前研究的重点。
金属纳米粒子在红外波段具有强烈的局域表面等离子共振吸收现象，可以极大地增强吸收效应。
而半导体纳米粒子，由于其量子限制效应和光子局域作用，也具有出色的红外吸收性能。
二、吸收红外光的设备及应用2.1 红外太阳能电池红外太阳能电池是一种利用红外光进行能量转换的光电元件。
其主要原理是利用红外光进入二极管结构的太阳能电池，在充分吸收红外光后，将光子能量转换为电子动能从而产生电能。
这种电池具有良好的光电转化效率和稳定性，广泛应用于农业、林业、渔业和军事等领域。
2.2 红外激光红外激光是一种在红外波段产生的激光，具有非常重要的军事和民用应用价值。
红外激光在制导、制导瞄准、红外感应、红外跟踪、遥感测量和材料加工等领域具有广泛应用。
2.3 红外热像仪红外热像仪是利用物体表面红外辐射的原理，通过像素阵列的方式将物体表面的红外辐射图象转换成电视图象。
该仪器的应用领域涵盖制冷系统、安全监控、医学诊断、建筑及线缆维护等多个领域，具有重要的科研和工业应用价值。
三、总结随着科技的快速发展，吸收红外光的材料和设备的研究也在不断深入。
热释电效应的原理与进展[专业类别]
![热释电效应的原理与进展[专业类别]](https://img.taocdn.com/s3/m/a24db186844769eae109ed2c.png)
dmnp X np (r, t)
这里dmnp和Xnp分别为压电常量和热应力分量，r 和t分别为位矢和时间。因为样品中的热应力
取决于受热条件，它是位置和时间的函数，所
以第三热释电效应的表征是一件困难的事情。
精制课件
33
考虑3m点群的y切晶片。设其厚度为l并处于 机械自由状态，前表面接受非均匀的热辐射。 令晶体物理坐标系的轴X,Y,Z分别与晶片的长 度，厚度和宽度平行。近似认为晶片温度变 化以及热应力和应变都仅是厚度方向坐标y和 时间t的函数，即：
精制课件
25
铁电体中，电场造成熵的改变是因为电场改 变了极化状态。去极化将引起熵的增加，绝 热条件下去极化将引起温度降低。所以利用 电热效应可实现绝热去极化致冷。因温度变 化很小，这个制冷技术迄今尚未实用，不过 研究工作仍在进行。
精制课件
26
初级热释电系数和次级热释电系数
先推导次级热释电系数的表达式。假设电场 恒定(为零)，电位移只是应变和温度的函数
G Em
X
,T
dEm
G T
X
,E
dT ,
(8.7)
所以有
G E m
X,T
Dm ,
G S T X,E
精制课件
20
2G EmT
X
Dm T
X ,E
pmE,X , (8.10)
2G TEm
X
S E m
, (8.11) X,T
式(8.10)给出的是热释电系数，式(8.11)给 出的是电场引起的熵的变化，称为电热系数。 电热效应是热释电效应的逆效应。
dDm
Dm xi
T
dxi
Dm T
dT x
dxi
二类超晶格红外光电材料研究与应用
一、概述超晶格材料作为一类具有特殊物理性质的材料，近年来在光电器件领域得到了广泛的应用。
其中，二类超晶格红外光电材料因其独特的结构和优异的光电性能而备受关注。
本文旨在系统地探讨二类超晶格红外光电材料的研究现状和应用前景。
二、二类超晶格红外光电材料的研究现状1. 定义和特点二类超晶格材料是指具有两个以上晶格结构的材料，通常由两种或两种以上不同的材料周期性交错堆积而成。
这种结构的材料具有独特的电子能带结构和光学性质，因此在红外光电器件的应用中具有巨大潜力。
2. 结构类型二类超晶格红外光电材料可以分为垂直叠层超晶格和平面叠层超晶格两种结构类型。
垂直叠层超晶格是指晶格周期垂直于材料表面方向排列的超晶格结构，而平面叠层超晶格是指晶格周期平行于材料表面方向排列的超晶格结构。
3. 研究方法目前，人们对二类超晶格红外光电材料的研究主要集中在材料合成、结构表征和光电性能测试等方面。
采用化学气相沉积、物理气相沉积等先进的制备技术可以实现对二类超晶格红外光电材料的精确控制；透射电子显微镜、X射线衍射等技术可以对材料的结构进行表征；而拉曼光谱、光致发光谱等测试方法可以对材料的光电性能进行评估。
4. 研究进展近年来，国内外学者对二类超晶格红外光电材料的研究取得了许多重要进展。
美国加州大学伯克利分校的研究团队成功合成了一种具有垂直叠层超晶格结构的红外光电材料，并发现了其在光电器件中的潜在应用价值。
我国科学院物理研究所的研究团队也通过实验和理论模拟，揭示了平面叠层超晶格结构对红外光电性能的重要影响机制。
三、二类超晶格红外光电材料的应用前景1. 红外探测器二类超晶格红外光电材料具有优异的光电性能，尤其是在红外波段的灵敏度和响应速度方面具有显著优势。
二类超晶格红外光电材料在红外探测器领域有着广阔的应用前景。
未来，这类材料有望成为下一代高性能红外探测器的关键材料之一。
2. 光电调制器二类超晶格红外光电材料的独特结构和光学性质为其在光电调制器领域的应用提供了有力支撑。
关于红外探测材料的发展及应用探讨
关于红外探测材料的发展及应用探讨红外探测技术是一种通过捕获物体发射的红外辐射来实现目标探测的技术。
随着红外探测技术的不断发展，红外探测材料作为重要的基础材料，也得到了广泛的关注和研究。
本文将从红外探测材料的发展历程、主要种类、和应用前景等方面进行探讨。
一、发展历程红外探测技术兴起较早，但是红外探测材料的研究发展却并不是很顺利。
最早的红外探测器使用的是铅盐等化合物材料，其性能受温度影响大、易受潮等缺陷，限制了红外探测技术的广泛应用。
20世纪70年代，随着固体红外探测器研究的逐渐深入，新型材料的发展成为了红外探测技术的主要趋势。
此后，硫化镉和二硒化铅等化合物的出现，使得固体红外探测器的性能急剧提升。
随后，硅、砷化镓等化合物的应用也进一步拓展了红外探测材料的应用领域。
目前，红外探测材料已经涵盖了红外辐射的整个波段，包括远红外、中红外和近红外等。
二、主要种类红外探测材料按照其电学特性可分为两大类：被动式和主动式。
被动式红外探测材料主要通过对外部红外辐射产生反应来实现目标的探测，主要包括热电材料和光电材料。
热电材料是一类利用热效应产生电信号的材料，主要包括铅盐和硅基材料等。
光电材料则是一类通过外界光照产生电信号的材料，主要包括硫化镉和硒化铅等。
主动式红外探测材料则是一类通过主动辐射红外波段的电磁波来实现目标探测的材料，主要包括红外激光等。
三、应用前景红外探测材料作为红外探测技术的重要组成部分，具有着重要的应用前景。
随着红外探测技术的不断发展，红外探测材料的研究也将会不断深入，为红外探测技术的应用提供更多的支持。
希望未来能够有更多的科研人员投入到红外探测材料的研究中，为红外探测技术的发展做出更大的贡献。
热释电红外 原理
热释电红外原理热释电红外原理是指通过材料的温度改变引起物质内部电荷的移动而产生的红外辐射。
它是一种基于材料热响应性质的红外探测技术，利用热释电效应来探测热辐射，并将其转换为电信号，以实现红外图像的获取和目标检测。
热释电效应指的是当物质受到辐射或者温度变化时，内部原子以更高频率振动产生热能。
这种振动引起了物质内部电荷的移动，从而形成了电流。
在材料的晶体结构中，由于晶体的偶极矩的存在，当温度改变时，晶体内的正负电荷分布也会发生变化。
由于偶极矩的改变，会引起材料表面或界面的电势变化，进一步形成电流。
这种电流被称为热释电电流。
热释电红外探测器通常使用的是热释电材料，如锂钽酸锂（LiTaO3）、锂铌酸锂（LiNbO3）、焦亥石（PZT）等。
这些材料具有良好的热释电特性，能够有效转换红外辐射为电信号。
热释电红外探测器的工作原理可以简单地分为三个步骤：感应、传导和放大。
首先，当有热辐射进入探测器时，热辐射会使得热释电材料发生温度变化。
这种温度变化会引起材料内部原子的振动和电荷分布的变化。
其次，热释电效应使得材料表面的电位发生变化。
当有红外辐射进入探测器时，探测器的电极会受到改变的电位作用，从而形成热释电电流。
这个电流信号可以被测量和记录。
最后，为了增强热释电电流信号的检测和处理，通常使用电路和放大器来放大和处理电流信号。
这个过程通常包括滤波、放大和去背景噪声等步骤，以获得更准确的红外信号。
总结起来，热释电红外原理是通过材料的温度变化引起物质内部电荷的移动而产生的红外辐射。
通过利用热释电效应，并采用相应的电路和放大器，可以将热辐射转换为电信号，实现红外图像的获取和目标检测。
这种探测技术在军事、安防、消防等领域具有广泛的应用和发展前景。
热释电红外传感器的研究现状
热释电红外传感器的研究现状苟江川（哈尔滨工业大学电气学院黑龙江哈尔滨150001）摘要：热释电红外传感器广泛应用与各种自动控制系统中，目前发展迅速，本文介绍了热释电外传感器的研究现状，包括热释电材料，及其传感器的结构类别及特性。
讨论了热释电传感器的应用领域和发展前景。
关键词：热释电红外传感器；热释电材料；类别；应用。
1.引言热释电红外传感器是一种新型高灵敏探测元件。
它是利用某些材料的热释电效应制成的红外检测元件。
1938年就曾有人提出过利用热释电效应探测红外辐射的想法, 但长期没有得到重视。
直到20世纪60年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才推动了热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。
90年代初期, 人们采用新材料研制成功了一种新型传感器件一热释人体红外传感器, 它专门用来检测人体辐射的红外线能量, 目前已广泛应用于国际安全防御系统、自动控制、告警系统等中。
2.研究现状过去, 欧美曾是热释电红外传感器的主要生产者和主要应用市场, 近些年日本奋起直追, 迎头赶上。
现在, 日本多家公司正努力研究和开发多种热释电红外传感器。
例如, 陶瓷公司、Hokuriku 电气工业公司等。
一些产品已占领国外市场[ 1]。
红外传感器主要分两大类, 一类是光电型, 一类是热敏型[ 2]。
前者利用光电效应工作, 响应速度快, 检测特性好。
但需要冷却, 使用不方便。
而且器件的检测灵敏度与红外波长有关。
而热释电器件属于后者, 它工作在室温条件下, 检测灵敏度很高, 而且与辐射波长无关, 可探测功率只受背景辐射的限制。
而且热释电器件响应也很快, 应用又方便。
因此, 热释电红外传感器是光电型传感器无法取代的。
2.1 热释电材料目前已发现的热释电材料有许多种, 但最常用的不过10 种。
这些热释电材料可分成三类: ( 1)单晶材料, 例如, 硫酸三甘肽( TGS) 或铌酸锂;( 2) 陶瓷材料, 例如, 锆钛酸铅( PZT) 和钛酸铅;( 3) 高分子薄膜材料, 如, 聚偏二氟乙烯。
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470
6. 0
200
0. 022
PLZT 8/ 40/ 60
245
6. 2
980
0. 012
PLZT12/ 40/ 60
145
6. 3
1300
0. 013
它的压电常量较小, 从而可大大抑制热释电探测 是一种很有希望的热释电材料, PZT 陶瓷材料性 器因机械振动而引起的噪音 电信号输出. 因此, 能见表 2. 近年来, 改性锆钛酸铅的研究工作进展很快, 它
76
蒙自师范高等专科学校学报
第 4卷
光等工序, 从而降低成本; 缺点也有, 介电损耗增 大, 所以探测率优值严重下降. 另一种方法是设 计新的材料或工作模式, 让热释电探测器工作于 铁电相附近, 这是因为, 在材料的铁电相附近, 材 料的介电 常数变化 不大, 而热释 电系数 呈现峰 值, 因而可以大大提高材料的电压响应优值( 即 热释电优值) . 在 PbZrxTi1- xO3( 0. 65< x< 0. 95) 和 某些 PZT 为基的四元系铁电陶瓷中, 都已观察到 铁电相变附近热释电探测响应率的提高.
率的测量, 从而实现对远距离热物体的探测.
3 热释电材料的性能指标及其应用的研
究进展
工程上往往用 3 个优值指数反映对热释电 材料的要求[ 1] :
3. 1 电流响应优值 Fi =
P c'
,
其中
c'是热释电材料
单位体积的热容, 常用热释电材料的约为 2. 5 @
106J#m- 3#K- 1;
3. 2 电压响应优值 FT= cP'E, 其中 E 为热释电材料 的介电常数, 由于不同热释电材料的差别不大,
氨酸并以磷酸 根取代部分硫酸根的 TGS) . 它们
的热释电系数增高, 介电常数降低, 介电损耗减 小, 因此性能全 面优于 TGS. 不过该系 列材料的
缺点是易水解, 需要密封, 并且加工也不方便.
LiTaO3 是铌酸锂型结构的晶体. 它的热释电
子系数小, 电压响应优值 FT 较低, 但因其介电损 耗很小, 所以探测率优值 Fd 相当高, 并且这种材
尽管热释电晶体材料经过不断改进其性能, 具有热释电系数高, 介电常数低, 居里温度高及 制造成本低等优点, 但是采用其晶体, 陶瓷等块 状材料很难制成小型, 大面积, 集成化和低驱动 电压的器件, 因此, 随着微电子技术发展的需求, 对热释电材料薄膜化的要求越来越高[ 4] . 铁电薄 膜已经成为另一大类热释电材料, 它们在热释电 探测上的应用很有前途. 自铁电薄膜的制备技术 在 80 年中期获得突破性 进展以来, 人们一直致 力于研究铁电薄膜在在微电子技术, 光电子技术 和集成光学中的应用. 以经提出和制备了一大批 相关器件, 相对于体材料而言, 薄膜型热释电红 外探测器不仅具有分辨率高, 反应快, 能与微电 子相集成等优点, 而且能够抗氧化, 耐高温, 耐潮
为了简捷地衡量,
常常只比较材料的
P E
或
P Er
,
并
简称之为材料的热释电优值;
3. 3 探测优值, Fd=
P 1 , 其中 tanD为热释电
c'E( tanD) 2
材料的介电损耗因子. 下面我们就综合说明一下
目前一些典型热释电晶体材料存在的一些优点
与缺点.
有机晶体 TGS( 硫酸三甘肽) 和 DTGS( 氘化的
还不断研制新的复合材料, 这是因为, 复合材料 的介电常数和热释电系数都与两相的体积比有 关, 因而可以设计出电压响应优值或探测率优值 可能比单一材料高的复合材料. TGS 颗粒/ PVDF ( PVF2) 聚偏二氟已烯( 聚二氟已烯) 热释电复合 材料就是一个典型例子. 新的复合材料 PVDF 具 有电压的响应优值高的特点; 另一个优点是其易 于制得大面积的薄膜( 6Lm 以下) , 不需减薄和抛
表 2 改性 PZT 陶瓷材料性能
热释电系数 性质材料
P @ 10- 8C/ ( cm2k)
介电常数Er ( 1kHz)
介电损耗因子 Tan D( 1kHz)
国内改性 PZT
> 3. 8
2900
国外改性 PZT 5. 5- 6. 0
1700
< 0. 003 < 0. 008
表 1 列出的 PZ ) FN 陶瓷是改性的 PbZrO3PbFe13 Nb 23O3, 也是一种值得注意的新材料. 它是 以锆酸铅为基的含铌铁酸铅并加入氯化铀而获 得的一种复杂的固溶体新材料, 选择使用的主材 料具有足够高的居里温度和热释电系数, 而氯化 铀的适量( 约 3% ) 加入又使介电常数和介电损耗 都得到降低. 在这种新思想的引导下, 人们除了 对现有材料进行掺杂, 改性或改变晶体切型外,
热释电电压为:
vu=
AR
dQ dt
AR(
dPs dT
)
(
dT dt
)
=
ARP
dT dt
,
其中
P=
dPs 为热释电系 dt
数. 可见, 热释电晶体两极板输出的讯号电压正
比于红外辐射的温度变化率ddTt , 而不取决于晶体 与热辐射是否达到热平衡, 因此可通过测量讯号
电压的变化实现对远距离热辐射目标温度变化
摘 要: 文章列出主要常规红外热释电材 料及其主要参数, 在对它们进行比较的同时, 着重阐述国内外 近年来红外热释电材料在红外热释电探测器方面应用研究的主要进展。
关 键 词: 热释电效应; 红外热释电材料; 热释电 探测器; 铁电薄膜 中图分类号: TM2 文献标识码: A 文章编号: 1008- 9128( 2002) 02- 0073- 04
第2期
杨瑞东 王光科: 红外 热释电材料的研究进展
75
数, 介电常数和介电损耗等, 从而进一步提高热 热释电系数比其它材料高, 但其介电系数和介电
释电材料的性能. 近年来, 由于陶瓷制造工艺的 发展, 出现了热压法, 微细粉末精制法等, 可制成 更致密的陶瓷, 以及随着添加剂研究的进展, 能 够成功地获得热释电性能较高的铁电陶瓷, 其代 表是 PLZT 陶瓷, 它是用 La 置换 PbT io3 - PbZrO3 中部分 Pb 的固溶体, 在晶格中生成 A 缺位, 其组 成为( Pb1- xLax) ( Zr1- yTiy) O3, 它的居里温度高, 热 释电系数也很高, 且随 La 的添加量增加, 热释电
测器. 目前, 这种晶体的生长还有些困难, 需要进
一步研究.
与热释电单晶材料相比, 铁电氧化物型热释电陶 瓷具有一系列优点, 如易于制成大面积的器件且 成本低, 力学性能和化学性能好, 便于加工, 居里 温度高, 所以在通常条件下, 没有退极化问题. 此 外, 在陶瓷中可以进行多种多样的 掺杂和取代, 可在相 当大的 范围内调 节其性 能, 如热释 电系
湿, 耐辐射, 因而是制作高性能 热释电红外探测 比较理想的的材料.
4 结束语
通过以上分析可以看出, 红外热释电新材料 的研究与应用非常活跃, 并显示了相当 的实力, 我们认为, 铁电薄膜材料比较适宜研究和生产的 实际情况, 将会为红外热释电材料的优选材料.
参考文献: [1] 干 福 熹. 信 息材 料 [ M] . 天 津: 天 津 大 学 出 版 社,
料性能很稳定, 广泛用于单元热释电探 测器, 不
过, 由于其介电常数低, 所以 不适于探测器阵列
中的小面积探测器. SBN- 50( Sr0. 5Ba0. 5Nb2O6) 是一种钨青铜型结
构的晶体, 它的热释电系数较大, 介电损耗较小,
所以探测率优值 Fd 相当高, 它的另一特点是电 容率很大, 所以适用于探测器阵列中的小面积探
我们知道, 当 T>
1 S
的调制光照射到晶体时,
负载两端就会产生交流讯号电压, 其温度变化率
dT dt
将使
垂直于热电轴
图 2 单一元件热释电传感器工 作原理
方向的晶体单位表面的电荷发生变化: ddQt =
dPs dt
,
其中
Q
为晶体表面的电荷面密度,
Ps
为自发
极化强度. 设两极极面积为 A, 负载电阻为 R, 则
1 引言
尽管早在约公元前 300 年, 人们就发现了热 释电效应, 但从 19 世纪末开始, 随着近代物理的 发展, 关于热释电效应定量和理论的研究才日益 增多. 近 20 年来, 随着激光和红外技术的迅速发 展, 无论在温度记录, 气体分 析, 激光功率控制, 遥感及红外成像等许多领域都迫切需要性能优 良的红外热释电敏感器件. 热释电型红外传感器 与其它热电传感器相比, 具有不需要低温工作条 件, 响应速度快( 响应时间可达微秒) 以及在很宽 广的红外光范围, 其响应几乎与波长无关等优良 性能. 目前, 国内外对各种红外热释电材料及热 释电红外传感器的研究十分活跃. 许多具有强热 释电效应的材料, 如单晶, 铁电陶瓷和热释电薄
图 1 热释电晶体在温度变化时所显示的热释电效应示意 a) 恒温下 b) 温度变化时 c) 温度变化 时的等效表现
X 收稿日期: 2002- 03- 05 第一作者: 杨瑞东( 1973- ) , 男, 云南通海人, 助教, 主要从事材料计算、材 料生长模拟研究.
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蒙自师范高等专科学校学报
第 4卷
TGS
49
5. 5
55
0. 025
2. 6
DTGS
62
5. 5
43
0. 020
2. 4
LiTaO3
665
2. 347Βιβλιοθήκη 0. 0053. 2
SBN- 50
115
5. 5
100
0. 003
2. 5
PZ- FN 陶瓷