热释电探测器简介PPT课件
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热释光探测器及应用 ppt课件
研制多种新规格的探测器。
（能够提供新的规格的探测器和按照用户要求提供）
ppt课件 14
防化研究院 热释光探测器的最新研究进展
新材料LiF:Mg,Cu,Na,Si/LiF:Mg,Cu,Si的研究： LiF:Mg,Cu,Si 是组织等效的 LiF 热释光探测器的新的一族，具 有好的热稳定性，较小的残余信号， Si 代替 P 有较好的化学和 环境稳定性，该材料具有一定的研究价值。韩国在该探测器的 研究走在了前面，但他们的材料的热稳定性较差。
热释光探测器及应用
ppt课件
1
ppt课件
2
热释光探测器及发展动态
防化研究院热释光探测器研究简介
GR-100和GR-200性能 GR-100和GR-200规格 防化研究院有关探测器的最新研究进展 热释光探测器选择 热释光剂量测量技术 几个关注的问题
ppt课件 3
防化研究院热释光探测器研究简介
ppt课件 20
LiF:Mg,Cu,P粉末、玻璃管状和片状探测器的 优缺点
LiF:Mg,Cu,P粉末探测器：
1 ）热释光灵敏度较 LiF:Mg,Cu,P 片状探测器低，但
灵敏度为LiF:Mg,Ti的30倍以上。2）在实际应用中可 以任意选取不同的重量用塑料管制成个人剂量计，即 经济又实用，在国内有不少应用。 3 ）由于它的物理 状态为粉末，颗粒度的表面积大，产生的非辐射感生 热释光高，且涨落大，所以它的本底剂量大，探测阈 和信噪比均不如LiF:Mg,Cu,P片状探测器。4）操作不 方便。
240 至 700℃退火温度对 LiF:Mg,Cu,P 热释光发射谱的影响 研究：主要研究热处理如何影响陷阱中心和发光中心。首 次提出了退火温度低于 300℃时，热释光灵敏度随退火温 度增加而降低是由于热辐射对载流子陷阱破坏作用；退火 温度超过 300℃时，发射光谱向短波方向移动，发光中心 受到破坏。从而解释了 LiF:Mg,Cu,P 的发光机理， Cu 的作 用以及灵敏度的热损失和恢复机理。 19 ppt课件
（能够提供新的规格的探测器和按照用户要求提供）
ppt课件 14
防化研究院 热释光探测器的最新研究进展
新材料LiF:Mg,Cu,Na,Si/LiF:Mg,Cu,Si的研究： LiF:Mg,Cu,Si 是组织等效的 LiF 热释光探测器的新的一族，具 有好的热稳定性，较小的残余信号， Si 代替 P 有较好的化学和 环境稳定性，该材料具有一定的研究价值。韩国在该探测器的 研究走在了前面，但他们的材料的热稳定性较差。
热释光探测器及应用
ppt课件
1
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2
热释光探测器及发展动态
防化研究院热释光探测器研究简介
GR-100和GR-200性能 GR-100和GR-200规格 防化研究院有关探测器的最新研究进展 热释光探测器选择 热释光剂量测量技术 几个关注的问题
ppt课件 3
防化研究院热释光探测器研究简介
ppt课件 20
LiF:Mg,Cu,P粉末、玻璃管状和片状探测器的 优缺点
LiF:Mg,Cu,P粉末探测器：
1 ）热释光灵敏度较 LiF:Mg,Cu,P 片状探测器低，但
灵敏度为LiF:Mg,Ti的30倍以上。2）在实际应用中可 以任意选取不同的重量用塑料管制成个人剂量计，即 经济又实用，在国内有不少应用。 3 ）由于它的物理 状态为粉末，颗粒度的表面积大，产生的非辐射感生 热释光高，且涨落大，所以它的本底剂量大，探测阈 和信噪比均不如LiF:Mg,Cu,P片状探测器。4）操作不 方便。
240 至 700℃退火温度对 LiF:Mg,Cu,P 热释光发射谱的影响 研究：主要研究热处理如何影响陷阱中心和发光中心。首 次提出了退火温度低于 300℃时，热释光灵敏度随退火温 度增加而降低是由于热辐射对载流子陷阱破坏作用；退火 温度超过 300℃时，发射光谱向短波方向移动，发光中心 受到破坏。从而解释了 LiF:Mg,Cu,P 的发光机理， Cu 的作 用以及灵敏度的热损失和恢复机理。 19 ppt课件
《热电探测器》PPT课件
超导测辐射热计是利用某些金属或半导体，从正常态变为 超导态时，电阻发生巨大变化这一特性来工作的。超导材料多 为铌、钽、铅或锡的氮化物，在15～20K时变为超导体。在转 变期内的温度仅为几分之一开氏温度，电阻温度系数约每度 5000%。但保持住转变期温度，所需的致冷量很大，控制复杂， 目前这种探测器还不太可能在实验室外使用。
接在惠更斯电桥的一个臂上。现在的热敏电阻多为两个相同规
格的元件装在一个管壳里，一个作为接收元件，另一个作为补
偿元件，接到电桥的两个臂上，可使温度的缓慢变化不影响电
桥平衡。
精选ppt
19
热敏电阻的接电电路
工作时，或按上图a接成桥式电路，或按上图b以补偿元件为负
载接放大器。图中 R T 1为接收元件，R T 2为补偿元件，R 1 、R 2 、
16
它们的主要区别是，金属的热敏电阻，电阻温度系数多为 正的，绝对值比半导体的小，它的电阻与温度的关系基本上是 线性的，耐高温能力较强，所以多用于温度的模拟测量。
而半导体的热敏电阻， 电阻温度系数多为负的， 绝对值比金属的大十多倍， 它的电阻与温度的关系是 非线性的，耐高温能力较 差，所以多用于辐射探测， 例如，防盗报警、防火系 统、热辐射体搜索和跟踪 等。
当冷端开路时，开路电压为 UOCMT 式中，M为比例系数，称塞贝克常数，也称温差电势率，单位 为V/℃；ΔT为温度增量。
因G与材料性质和环境有关，所以为了使G较小，提高灵敏 度，并使工作稳定，常把温差电偶或温差电堆放在真空的外壳 里。
精选ppt
12
真空温差电偶的主要参量有：灵敏度（也叫响应率）R、 响应时间常数τ、噪声等效功率NEP或比探测率D*等。
第二步是根据温升来确定具体探测器件输出信号的性能。
热释电探测器介绍
热释电红外线传感器热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。
在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。
由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。
为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。
菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。
当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。
人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。
在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。
被动式热释电红外探头的工作原理及特性：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。
人体发射的10UM 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10UM左右的红外辐射必须非常敏感。
热释电探测器介绍
热释电红外线传感器热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。
在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。
由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。
为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。
菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。
当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。
人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。
在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。
被动式热释电红外探头的工作原理及特性：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。
人体发射的10UM 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10UM左右的红外辐射必须非常敏感。
《热辐射探测器》课件
智能化
随着人工智能和机器学习技术的发 展，热辐射探测器将具备自我学习 和自我调整的能力，能够根据环境 变化自动优化探测性能。
热辐射探测器面临的挑战
环境适应性
热辐射探测器在复杂环境中工作 时，需要克服温度、湿度、压力 等多种因素的影响，保证探测的
稳定性。
可靠性
热辐射探测器在长时间工作过程 中，需要保持稳定的性能，防止
灵敏度与选择性
热辐射探测器应具有高灵敏度和良好的 选择性，能够准确探测和区分不同波长
的热辐射。
响应速度
热辐射探测器的响应速度应足够快， 能够实时跟踪和响应热辐射的变化。
稳定性与可靠性
热辐射探测器应能在各种环境条件下 保持稳定性能，并具有较高的可靠性 ，能够长期稳定运行。
尺寸与重量
热辐射探测器的尺寸和重量应尽可能 小，以便于携带和应用。
光纤温度传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、测量范围广等 优点，常用于石油、化工等领域。
热辐射探测器的性能指标
测量范围
指探测器能够测量的温度范围。
响应时间
指探测器从接收到信号到输出稳定所需的时 间。
精度
指探测器的测量误差。
稳定性
指探测器在长时间使用中的性能稳定性。
03
热辐射探测器的设计与制 造
热辐射探测器的设计原则
气象观测
热辐射探测器用于测量大气温度、湿度和压力等气象参数，为气象预报和气候变化研究提供数据支持 。
环保监测
热辐射探测器可以检测工业废气和排放物的温度，帮助环保部门监控污染源和，热辐射探测器用于火灾预警和监测，通过实时监测建筑物的温度变 化，及时发现火灾隐患并发出警报。
热辐射探测器的种类
光电导型
利用光电导材料吸收光子能量后电导率发生变化 ，从而检测光辐射能量。
随着人工智能和机器学习技术的发 展，热辐射探测器将具备自我学习 和自我调整的能力，能够根据环境 变化自动优化探测性能。
热辐射探测器面临的挑战
环境适应性
热辐射探测器在复杂环境中工作 时，需要克服温度、湿度、压力 等多种因素的影响，保证探测的
稳定性。
可靠性
热辐射探测器在长时间工作过程 中，需要保持稳定的性能，防止
灵敏度与选择性
热辐射探测器应具有高灵敏度和良好的 选择性，能够准确探测和区分不同波长
的热辐射。
响应速度
热辐射探测器的响应速度应足够快， 能够实时跟踪和响应热辐射的变化。
稳定性与可靠性
热辐射探测器应能在各种环境条件下 保持稳定性能，并具有较高的可靠性 ，能够长期稳定运行。
尺寸与重量
热辐射探测器的尺寸和重量应尽可能 小，以便于携带和应用。
光纤温度传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、测量范围广等 优点，常用于石油、化工等领域。
热辐射探测器的性能指标
测量范围
指探测器能够测量的温度范围。
响应时间
指探测器从接收到信号到输出稳定所需的时 间。
精度
指探测器的测量误差。
稳定性
指探测器在长时间使用中的性能稳定性。
03
热辐射探测器的设计与制 造
热辐射探测器的设计原则
气象观测
热辐射探测器用于测量大气温度、湿度和压力等气象参数，为气象预报和气候变化研究提供数据支持 。
环保监测
热辐射探测器可以检测工业废气和排放物的温度，帮助环保部门监控污染源和，热辐射探测器用于火灾预警和监测，通过实时监测建筑物的温度变 化，及时发现火灾隐患并发出警报。
热辐射探测器的种类
光电导型
利用光电导材料吸收光子能量后电导率发生变化 ，从而检测光辐射能量。
热释电红外传感器原理教程通用课件
包括探测器的结构、材料的热电性能、制造工艺等。
热释电红外传感器的噪声与干扰
噪声与干扰概述
热释电红外传感器的噪声指的是 其输出信号中随机变化的部分， 干扰则是指外部因素对传感器输
出的影响。
噪声的来源
热释电红外传感器的噪声主要来源 于探测器材料的热涨落、电路噪声 、环境辐射等。
干扰的来源
热释电红外传感器的干扰主要来源 于电磁干扰、电源噪声、机械振动 等。
04
热释电红外传感器的 应用实例与实验方法
热释电红外传感器在人体感应中的应用实例
智能照明控制
利用热释电红外传感器检测人体活动，实现自动 开关灯，节省能源。
智能家居系统
通过热释电红外传感器监测家庭成员活动，实现 自动化家务管理。
医疗护理
在病房、卫生间等场所安装热释电红外传感器， 实现自动呼叫系统，方便病人使用。
刘洋, 王丽, 李明等. 基于热释电效应的红外传感器研究进展. 物理 学报, 2022; 61(3): 1-10.
致谢
01
对参与本教程编写的所有作者表示衷心的感谢。他们在百 忙之中对教程进行了仔细的编写和校对，为读者提供了宝 贵的知识和经验。
02
感谢北京电子工业出版社的编辑们，他们在整个教程的编 写过程中给予了极大的支持和帮助，提供了宝贵的意见和 建议。
早期火灾预警
利用热释电红外传感器检测火灾初期的 热辐射，及时发出预警信号，降低火灾 发生的风险。
VS
工业生产安全
在工厂、仓库等场所安装热释电红外传感 器，提高火灾预警能力传感器的 调试与校准方法
热释电红外传感器的调试步骤
硬件连接
确认传感器与主机之间的连接是否牢固，避 免接触不良导致信号传输受阻。
热释电传感器课件
在环境监测领域，热释电传感器可用于监测空气质量、温湿度、风速 等参数，为环境保护提供数据支持。
THANKS
感谢观看
化、远程控制和数据共享，提高其应用范围和便利性。
热释电传感器在未来的展望与应用场景
工业制造
在工业制造领域，热释电传感器可用于监测生产过程中的温度、压 力、流量等参数，提高生产效率和产品质量。
医疗健康
热释电传感器可用于医疗设备中，如监测病人的体温、呼吸等生理 参数，为医生提供准确的诊断依据。
环境监测
热释电传感器课件
• 热释电传感器概述 • 热释电传感器的工作原理 • 热释电传感器的制造与封装 • 热释电传感器的应用实例 • 热释电传感器的发展趋势与展望
01
热释电传感器概述
热释电效应
• 热释电效应是指某些晶体或陶瓷材料在温度变化时，会改变其 电荷数量的现象。这一效应最初被发现于铁电晶体中，并被广 泛应用于各种传感器和电子器件中。
02
热释电传感器的工作原理
热释电效应的工作原理
1 2 3
热释电效应 热释电效应是指某些晶体或陶瓷材料在温度变化 时，发生电荷释放的现象。这一现象在特定温度 范围内特别显著。
温度变化引起的晶体结构变化 当温度变化时，晶体结构中的正负电荷中心会发 生相对位移，导致晶体表面出现电荷分布。
热释电系数 热释电系数是指单位温度变化引起的电荷释放量。 这个系数是衡量热释电效应强弱的重要参数。
金属电极制备
在热释电薄膜上制备金属电极， 如采用电子束蒸发或溅射沉积 等方法。
衬底准 备
选择合适的衬底材料，如硅片、 玻璃等，并进行清洗。
薄膜图案化
通过光刻、干法刻蚀等技术对 热释电薄膜进行图案化处理。
保护层制备
THANKS
感谢观看
化、远程控制和数据共享，提高其应用范围和便利性。
热释电传感器在未来的展望与应用场景
工业制造
在工业制造领域，热释电传感器可用于监测生产过程中的温度、压 力、流量等参数，提高生产效率和产品质量。
医疗健康
热释电传感器可用于医疗设备中，如监测病人的体温、呼吸等生理 参数，为医生提供准确的诊断依据。
环境监测
热释电传感器课件
• 热释电传感器概述 • 热释电传感器的工作原理 • 热释电传感器的制造与封装 • 热释电传感器的应用实例 • 热释电传感器的发展趋势与展望
01
热释电传感器概述
热释电效应
• 热释电效应是指某些晶体或陶瓷材料在温度变化时，会改变其 电荷数量的现象。这一效应最初被发现于铁电晶体中，并被广 泛应用于各种传感器和电子器件中。
02
热释电传感器的工作原理
热释电效应的工作原理
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热释电效应 热释电效应是指某些晶体或陶瓷材料在温度变化 时，发生电荷释放的现象。这一现象在特定温度 范围内特别显著。
温度变化引起的晶体结构变化 当温度变化时，晶体结构中的正负电荷中心会发 生相对位移，导致晶体表面出现电荷分布。
热释电系数 热释电系数是指单位温度变化引起的电荷释放量。 这个系数是衡量热释电效应强弱的重要参数。
金属电极制备
在热释电薄膜上制备金属电极， 如采用电子束蒸发或溅射沉积 等方法。
衬底准 备
选择合适的衬底材料，如硅片、 玻璃等，并进行清洗。
薄膜图案化
通过光刻、干法刻蚀等技术对 热释电薄膜进行图案化处理。
保护层制备
《热探测器》PPT课件
精选ppt
4
§2 测辐射热计
利用材料吸收红外辐射后电阻发生变化而制成的红外探测 器叫测辐射热计。
分类：热敏电阻测辐射热计、金属测辐射热计、低温测辐 射热计、超导测辐射热计、复合测辐射热计。
2.1 热敏电阻测辐射热计
1）热敏电阻 热敏电阻的阻值随自身温度的变化而变化。
电阻温度系数：热敏电阻阻值随温度的相对变化率。
aa负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻ntcntc如金属氧化物半导体如金属氧化物半导体材料温度升高时电阻降低材料温度升高时电阻降低温度特性其中bb正温度系数热敏电阻ptc如钛酸钡结构的化合物金刚石结构的半导体材料温度升高时电阻降低玻封热敏电阻ntc图b片式ntc热敏电阻图c珠状引线ntc热敏电阻22热敏电阻测辐射热计热敏电阻测辐射热计aa结构及工作原理结构及工作原理热敏电阻测辐射热计所采用的热敏材料通常是由热敏电阻测辐射热计所采用的热敏材料通常是由负温度系负温度系数的氧化物半导体数的氧化物半导体做成的晶片结构一般是锰钴和镍氧化物做成的晶片结构一般是锰钴和镍氧化物熔结而成
（1）
热敏电阻吸收红外辐射，引起温升，阻值发生变化，R1上的 焦耳热的改变量为：
PJ
dPJ dR1
dR1 T dT
精选ppt
（2）
9
根据式（1）及
T
1 R
dR dT
,可得
2
P J R L 1 V 0R 1 R 1R R L L 1 1 R R 1 1 T T P JR R L L 1 1 R R 1 1 T T
2.4 测辐射热计焦平面阵列
优点：带宽小，能在一个帧时间内完成积分；成本低。
精选ppt
15
熔结而成）。
结构：
窗口
光热探测器.ppt
半导体类的多为金属氧化物，例如氧化锰、氧化镍、氧化 钴等。
17
图示分别为半导体和金属（白 金）的温度特性曲线。 白金的电阻温度系数为正值， 大约为0.37%左右； 半导体材料热敏电阻的温度系 数 为 负 值 ， 大 约 为 -3% ～ -6% ， 约为白金的10倍以上。 所以热敏电阻探测器常用半导 体材料制作而很少采用贵重的 金属
P0e jt 为入射到探测器的辐射功率； α为探测器的吸收系数； H＝Cθ为热容；G＝1/Rθ为热导； ΔT为入射辐射引起的温升。
热敏元件 热容量H(J/K) 温度T0+ΔT
5
H
d(T ) dt
GT
P0e jt
利用初始条件：t＝0时，ΔT＝0，解得:
T P0e(G / H )t P0e jt (G jH ) (G jH )
4.8 光热探测器
(Thermal Detector)
1
4.8.1 基本原理 4.8.2 热敏电阻 4.8.3 热释电探测器
2
4.8.1 基本原理
光吸收
光热转换
温度上升
热电转换 电学特性变化 ——电参数输出
两种主要的热电效应：
• 温差电效应：温差产生电动势（塞贝克效应） –热电偶和热电堆
• 热释电效应 ：辐射变化引起表面电荷变化 –热释电探测器
特点：
➢在宽广的波段有均匀的光谱响应
➢响应速度慢
3
• 对热电探测器的分析可分为两步：
– 第一步是确定温升：按系统的热力学特性来确定入射辐 射所引起的温度升高ΔT（共性）；
– 第二步是确定参量变化：根据温升来确定具体探测器输 出信号的性能（个性）。
• 第一步对各种热电探测器件都适用，而第二步则随 具体器件而异。首先讨论第一步的内容，第二步在 讨论各种类型的探测器时再作分析。
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图示分别为半导体和金属（白 金）的温度特性曲线。 白金的电阻温度系数为正值， 大约为0.37%左右； 半导体材料热敏电阻的温度系 数 为 负 值 ， 大 约 为 -3% ～ -6% ， 约为白金的10倍以上。 所以热敏电阻探测器常用半导 体材料制作而很少采用贵重的 金属
P0e jt 为入射到探测器的辐射功率； α为探测器的吸收系数； H＝Cθ为热容；G＝1/Rθ为热导； ΔT为入射辐射引起的温升。
热敏元件 热容量H(J/K) 温度T0+ΔT
5
H
d(T ) dt
GT
P0e jt
利用初始条件：t＝0时，ΔT＝0，解得:
T P0e(G / H )t P0e jt (G jH ) (G jH )
4.8 光热探测器
(Thermal Detector)
1
4.8.1 基本原理 4.8.2 热敏电阻 4.8.3 热释电探测器
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4.8.1 基本原理
光吸收
光热转换
温度上升
热电转换 电学特性变化 ——电参数输出
两种主要的热电效应：
• 温差电效应：温差产生电动势（塞贝克效应） –热电偶和热电堆
• 热释电效应 ：辐射变化引起表面电荷变化 –热释电探测器
特点：
➢在宽广的波段有均匀的光谱响应
➢响应速度慢
3
• 对热电探测器的分析可分为两步：
– 第一步是确定温升：按系统的热力学特性来确定入射辐 射所引起的温度升高ΔT（共性）；
– 第二步是确定参量变化：根据温升来确定具体探测器输 出信号的性能（个性）。
• 第一步对各种热电探测器件都适用，而第二步则随 具体器件而异。首先讨论第一步的内容，第二步在 讨论各种类型的探测器时再作分析。
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++++++++++
-------------
++++++++++
+ห้องสมุดไป่ตู้
束
缚
电 荷
-------------
++++++++++
11/2/2019
8
3、热释电材料
铁电体的自发极化强度PS（单位面积上的电荷量）与温度的关系如图所示， 随着温度的升高，极化强度减低，当温度升高到一定值，自发极化突然消 失，这个温度常被称为“居里温度”或“居里点”。在居里点以下，极化 强度PS是温度T的函数。
材料中。热释电材料同普通的热电材料不同，它们有自极化效应，即使在
没有外电场的情况下，也存在电偶极矩。热释电材料当温度不变时，晶体
表面的电荷被来自外部的自由电荷中和。晶体温度变化越大，极化强度变
化就越大，-表--示-大--量--的-电--荷--聚- 集在电极。
++++++++++
自由电荷
-------------
电极面积较大，极间距离较 二 热释电探测器的电路连接 少，因而极间电容较大，故 其不适于高速应用。
图（b）所示的边电极结构中，电极所在的平面 与光敏面互相垂直，电极间距较大，电极面积 较小，因此极间电容较小。由于热释电器件的 响应速度受极间电容的限制，因此，在高速运 用时以极间电容小的边电极为宜。
11/2/2019
热释电探测器简介
作者：L.G
11/2/2019
Catalogue
1、热释电效应的历史和发展 2、热释电效应原理 3、热释电材料 4、热释电探测器构造和工作原理 5、热释电探测器特点 6、热释电探测器的应用 7、未来发展趋势
11/2/2019
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1、热释电效应（探测器）的历史和发展
早在公元前315年，古希腊学者在《论石头》一书曾有这样的叙 述：电气石不仅能吸引麦桔屑和小木片，而且也能吸引铜或铁的 薄片。这可能是有关热释电现象的最早记录。到l9世纪末，关于 热释电效应定量的和理论的研究开始增多。2O世纪6O年代，激 光和红外技术的发展，促进了热释电效应及其应用的研究，至今 发现和改进了系列重要的热释电材料，研制出了性能优良的热释 电探测器和热释电摄像管等器件。目前，研究热释电效应是固体 物理中活跃的研究领域之一，热释电效应在许多方面得到广泛应 用。
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热诱导的电偶极子在平衡 轴附近的随机摆动
热释电材料的温度升高， 电偶极子剧烈的摆动，平 均自发极化降低，感生电 荷的量也减少
热释电材料被冷却，电偶 极子更小的角度范围内摆 动，自发极化将增强，感 生电荷的量也增加
①当热释电材料的温度升高，温度的增加将导致电偶极子在各自 的对称轴附近更加剧烈的摆动。由于摆角的增加，总的平均自发 极化降低了。于是电极上感生电荷的量减少，从而产生了电子的 流动。
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成品实物图
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2、热释电效应原理
热释电效应：当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相 等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象，被称 为热释电效应。
热释电材料晶体内正、负电荷 中心并不重合，晶体原子具有 一定电矩；也就是说晶体本身 具有自发极化特性。但介质中 的电偶极子排列杂乱,宏观不显 极性。
其常用的材料有：
单晶(LiNbO3 LiTaO3 等)、 压电陶瓷（PZT等） 高分子薄膜（PVFZ等）
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3.1、热释电系数
当晶体的温度Ｔ均匀变化时，晶体的自发极化强度矢量Pi 随之变化
dPi Pi dT
• Pi是热释电系数，是一个矢量，大多数晶体的自发极化随温 度增加而下降。
目前应用最多的是检测人的传感器。广泛用于防盗报警系统、房 间自助开灯控制、自动门和其它安全及自动化装置中。国外有把 热释电传感器安装在售货机上，有人接近时机器可以语音告知。
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红外线通过菲涅耳滤光片增强后聚集到热释电元件，这种元件 在接收到人体红外辐射变化时就会失去电荷平衡，向外释放电 荷，经检测处理后就能产生报警信号。
②如果热释电材料被冷却而不是被加热，由于较低的热激活能， 电偶极子在更小的角度范围内摆动，自发极化将增强。相应的电 极上感生电荷的量也增加。
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热释电材料单畴极化(外加电场)
介质材料中存在不同的电偶极矩，由于分子间正负电荷中心不重合而产生
的偶极矩称固有电偶极矩。热释电效应只能发生在不具有中心对称的晶体
• 热释电系数为负值，温度升高，热运动倾向于干扰晶体中 电矩的有序取向，使固有极化强度减小。
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3.2、常见热释电（材料）系数
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4、热释电探测器构造和工作原理
图（a）所示的面电极结构中， 电极置于热释电晶体的前后 表面上, 其中一个电极位于 光敏面内。这种电极结构的
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5、热释电探测器特点
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6、热释电探测器的应用
光辐射的光谱范围: 紫外光波段:0.1—0.38um 可见光波段:0.38—0.78um 红外光波段:0.78—300um
人体皮肤温度在37℃时，大约有 32％辐射能量在8-12um波段范围， 仅有1％的辐射能量在3.2um波段 内。人体辐射探测常是安全和军 事信息的重要任务，在医学诊断 上也有重要价值。
菲涅耳滤光片：由一组透镜组成。当人体从一个单元视场进出 一次，敏感源的红外辐射也接受一次，温度变化一次，从而输 出相应的信号。连续的走动，便产生连续的脉冲信号，形成连 续的“报警信号”。
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7、未来发展趋势
近年来发展了快速热释电器 件。快速热释电器件一般都 设计成同轴结构，将光敏元 置于阻抗为50Ω的同轴线的 一端，采用面电极结构时， 时间常数可达到1ns左右， 采用边电极结构时，时间常 数可降至几个ps。
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4.1结构图
图1.结构内部图
图2.结构外部图
热释电传感器内部结构图如图1所示。光线从(1)窗进 入，经过(2)滤光片到达(3)热释电元件，从而产生电 信号，电信号经过(4)引线输出。
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4.2、热释电探测器的输出电流
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4.3、热释电探测器的输出电压
当沿着垂直于Ps的方向将晶体切成薄片，并在表面淀积金属电极时，随着 温度的变化，两电极间就会出现一个与热释电系数和温度变化速率成正比 的电压
-------------
++++++++++
+ห้องสมุดไป่ตู้
束
缚
电 荷
-------------
++++++++++
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3、热释电材料
铁电体的自发极化强度PS（单位面积上的电荷量）与温度的关系如图所示， 随着温度的升高，极化强度减低，当温度升高到一定值，自发极化突然消 失，这个温度常被称为“居里温度”或“居里点”。在居里点以下，极化 强度PS是温度T的函数。
材料中。热释电材料同普通的热电材料不同，它们有自极化效应，即使在
没有外电场的情况下，也存在电偶极矩。热释电材料当温度不变时，晶体
表面的电荷被来自外部的自由电荷中和。晶体温度变化越大，极化强度变
化就越大，-表--示-大--量--的-电--荷--聚- 集在电极。
++++++++++
自由电荷
-------------
电极面积较大，极间距离较 二 热释电探测器的电路连接 少，因而极间电容较大，故 其不适于高速应用。
图（b）所示的边电极结构中，电极所在的平面 与光敏面互相垂直，电极间距较大，电极面积 较小，因此极间电容较小。由于热释电器件的 响应速度受极间电容的限制，因此，在高速运 用时以极间电容小的边电极为宜。
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热释电探测器简介
作者：L.G
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Catalogue
1、热释电效应的历史和发展 2、热释电效应原理 3、热释电材料 4、热释电探测器构造和工作原理 5、热释电探测器特点 6、热释电探测器的应用 7、未来发展趋势
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1、热释电效应（探测器）的历史和发展
早在公元前315年，古希腊学者在《论石头》一书曾有这样的叙 述：电气石不仅能吸引麦桔屑和小木片，而且也能吸引铜或铁的 薄片。这可能是有关热释电现象的最早记录。到l9世纪末，关于 热释电效应定量的和理论的研究开始增多。2O世纪6O年代，激 光和红外技术的发展，促进了热释电效应及其应用的研究，至今 发现和改进了系列重要的热释电材料，研制出了性能优良的热释 电探测器和热释电摄像管等器件。目前，研究热释电效应是固体 物理中活跃的研究领域之一，热释电效应在许多方面得到广泛应 用。
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热诱导的电偶极子在平衡 轴附近的随机摆动
热释电材料的温度升高， 电偶极子剧烈的摆动，平 均自发极化降低，感生电 荷的量也减少
热释电材料被冷却，电偶 极子更小的角度范围内摆 动，自发极化将增强，感 生电荷的量也增加
①当热释电材料的温度升高，温度的增加将导致电偶极子在各自 的对称轴附近更加剧烈的摆动。由于摆角的增加，总的平均自发 极化降低了。于是电极上感生电荷的量减少，从而产生了电子的 流动。
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成品实物图
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2、热释电效应原理
热释电效应：当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相 等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象，被称 为热释电效应。
热释电材料晶体内正、负电荷 中心并不重合，晶体原子具有 一定电矩；也就是说晶体本身 具有自发极化特性。但介质中 的电偶极子排列杂乱,宏观不显 极性。
其常用的材料有：
单晶(LiNbO3 LiTaO3 等)、 压电陶瓷（PZT等） 高分子薄膜（PVFZ等）
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3.1、热释电系数
当晶体的温度Ｔ均匀变化时，晶体的自发极化强度矢量Pi 随之变化
dPi Pi dT
• Pi是热释电系数，是一个矢量，大多数晶体的自发极化随温 度增加而下降。
目前应用最多的是检测人的传感器。广泛用于防盗报警系统、房 间自助开灯控制、自动门和其它安全及自动化装置中。国外有把 热释电传感器安装在售货机上，有人接近时机器可以语音告知。
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红外线通过菲涅耳滤光片增强后聚集到热释电元件，这种元件 在接收到人体红外辐射变化时就会失去电荷平衡，向外释放电 荷，经检测处理后就能产生报警信号。
②如果热释电材料被冷却而不是被加热，由于较低的热激活能， 电偶极子在更小的角度范围内摆动，自发极化将增强。相应的电 极上感生电荷的量也增加。
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热释电材料单畴极化(外加电场)
介质材料中存在不同的电偶极矩，由于分子间正负电荷中心不重合而产生
的偶极矩称固有电偶极矩。热释电效应只能发生在不具有中心对称的晶体
• 热释电系数为负值，温度升高，热运动倾向于干扰晶体中 电矩的有序取向，使固有极化强度减小。
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3.2、常见热释电（材料）系数
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4、热释电探测器构造和工作原理
图（a）所示的面电极结构中， 电极置于热释电晶体的前后 表面上, 其中一个电极位于 光敏面内。这种电极结构的
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5、热释电探测器特点
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6、热释电探测器的应用
光辐射的光谱范围: 紫外光波段:0.1—0.38um 可见光波段:0.38—0.78um 红外光波段:0.78—300um
人体皮肤温度在37℃时，大约有 32％辐射能量在8-12um波段范围， 仅有1％的辐射能量在3.2um波段 内。人体辐射探测常是安全和军 事信息的重要任务，在医学诊断 上也有重要价值。
菲涅耳滤光片：由一组透镜组成。当人体从一个单元视场进出 一次，敏感源的红外辐射也接受一次，温度变化一次，从而输 出相应的信号。连续的走动，便产生连续的脉冲信号，形成连 续的“报警信号”。
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7、未来发展趋势
近年来发展了快速热释电器 件。快速热释电器件一般都 设计成同轴结构，将光敏元 置于阻抗为50Ω的同轴线的 一端，采用面电极结构时， 时间常数可达到1ns左右， 采用边电极结构时，时间常 数可降至几个ps。
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4.1结构图
图1.结构内部图
图2.结构外部图
热释电传感器内部结构图如图1所示。光线从(1)窗进 入，经过(2)滤光片到达(3)热释电元件，从而产生电 信号，电信号经过(4)引线输出。
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4.2、热释电探测器的输出电流
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4.3、热释电探测器的输出电压
当沿着垂直于Ps的方向将晶体切成薄片，并在表面淀积金属电极时，随着 温度的变化，两电极间就会出现一个与热释电系数和温度变化速率成正比 的电压