热释电探测器

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。
第12章 辐射式Biblioteka Baidu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。
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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。
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，
第12章 辐射式传感器
第12章 辐射式传感器
12.1 红外传感器 12.2 核辐射传感器
第12章 辐射式传感器 12.1.1 红外辐射
/ m
1 0－ 9 1 0－ 7 1 0－ 5 宇宙射线 射线
12.1 红 外 传 感 器
/ cm
10 1 0－ 1 10 1 02
/m
1 03 1 04
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。 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。
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。
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 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。
1 0－ 3 1 0－ 1 紫 可 外 见 线 光
X射线
红外线
微波
无线电波
λ=0.76～1000 μm
近红外 0 3 中红外 6 9 远红外 12 15 极远红外 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。
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。
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
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。
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热释电晶体
某些晶体不仅可以因机械应力的作用而产生极化(压电现象)，而且还可以因温 度变化而产生极化。例如，加热电气石晶体时，在晶体唯一的3次轴两端即产 生数量相等而符号相反的电荷。若将晶体冷却，则电荷改变符号，晶体的这种 性质称为热释电性。具有热释电性质的晶体，称为热释电晶体。 具有对称中心的晶体不可能存在热释电效应。热释电晶体可用来制作热电红外 探测器。在已发现的热释电晶体中，目前认为比较有发展前途的是硫酸甘氨酸 (TGS，包括与其同型的晶体)晶体、铌酸锶钡(SBN)晶体、硫酸锂(LSH)和钽酸 锂(LiTaO3)晶体等。