红外探测器

热敏电阻在温度补偿中的应用
• 在仪表电路中，有很多像线绕电阻一样用 金属丝做的元件。金属丝一般都具有正温 度系数，采用负温度系数的NTC热敏电阻 进行补偿，就能抵消由于温度变化所产生 的误差。图3-9是一种温度补偿电路。是将 NTC热敏电阻与电阻温度系数非常小的锰 铜丝电阻并联后再与被补偿的元件串联， 达到温度补偿的作用。
图3-10 三种NTC热敏电阻稳定晶体管工作点的电路
用NTC热敏电阻作温度测量装置
• 图3-11为一热敏电阻温度计。图中RT为热 敏电阻，由于热敏电阻的阻值随温度变化 而变化，因而使接在电桥对角线间的微安 表指示也相应地变化。热敏电阻温度计的 精确度可以达到0.1℃ 感温灵敏度在10s以 下。
图3-11 热敏电阻温度计
图3-9 热敏电阻在仪表温度补偿中的应用示意图
热敏电阻用在晶体管电路中稳定工作点
图3-10(a)所示为一个简单晶体管电流放大器， 在基极回路中接大了一个NTC热"敏电阻RT。在 环境温度变化时，线路输出电流也会有变化，加 大了NTC后就可自动调整这一级晶体管的集电极 直流电流，稳定晶体管的输出增益。图2用NTC稳 定晶体管工作点 图3-10(b)中将NTC热敏电阻 肝与发射极电阻并联，当晶体管发射结电阻随温 度升高而阻值增大时，NTC热敏电阻RT就起到补 偿作用。图3-10(c)为一晶体管收音机低频功率放 大级。在该级的下偏置电阻上并联了一只NTC热 敏电阻RT，当温度升高引起集电极电流增加时， 由于下偏置电阻减小，基极电流也减小，因而使 集电极电流下降，起到了稳定工作点的作用。
完整的红外探测器的构成
• 一个完整的红外探测器包括红外敏感元件、 红外辐射入射窗口、外壳、电极引出线以 及按需要而加的光阑、冷屏、场镜、光锥、 浸没透镜和滤光片等，在低温工作的探测 器还包括杜瓦瓶，有的还包括前置放大器。 按探测器工作机理区分，可将红外探测器 分为热探测器和光子探测器两大类。
3.1.1 热探测器
• 两种不同材料或材料相同而逸出功不同的 物体，当它们构成闭环回路时，如果两个 接点的温度不相同，环路中就产生温差电 动势，这就是温差电效应，也称为塞贝克 效应。 • 单个热电偶提供的温差电动势比较小，满 足不了某些应用的要求，所以常把几个或 几十个热电偶串联起来组成热电堆。热电 堆比热电偶可以提供更大的温差电动势， 新型的热电堆采用薄膜技术制成，可称为 薄膜型热电堆。
热电偶的温度补偿及信号解调
图3-21 热电偶温度冷端补偿电路
图3-22 热电偶信号放大电路
图3-23 热电偶信号解调电路
3. 气体探测器
• 气体在体积保持一定的条件下吸收红外辐 射后引起温度升高，压强增大。压强增加 的大小与吸收的红外辐射功率成正比，由 此，可测量被吸收的红外辐射功率。利用 上述原理制成的红外探测器叫做气体探测 器。高莱管就是一种典型的气体探测器。
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热敏电阻器种类繁多，一般按阻值温度 系数可分为负电阻温度系数和正电阻温度 系数热敏电阻器；按其阻值随温度变化的 大小可分为缓变和突变型；按其受热方式 可分为直热式和旁热式；按其工作温度范 围可分为常温。高温和超低温热敏电阻器； 按其结构分类有棒状。圆片。方片。垫圈 状。球状。线管状。薄膜以及厚膜等热敏 电阻器。
高莱管
图3-25 高莱管结构示意图
工作原理：
当辐射通过红外窗口到吸收膜上时，膜吸收辐 射并传给气室的气体，气体温度升高，压力增大， 柔镜膨胀。为了测出它的移动量，另用一光源将投 射到柔镜背面的反射膜上。在没有辐照时，气室内 气压稳定，柔镜处于正常状态，由柔镜背面反射的 光因被光栅遮挡照射不到光电管上。当有辐照时， 辐射透过窗口照射到吸收膜，吸收膜将吸收的能量 传给气室，气室温度升高，气压增大，柔镜膜片变 形，从而引起反射光线的移动，通过光栅到达光电 管的光强发生变化，由此可检测红外辐射的强弱。
图3-14 热电偶原理图
• 制造温差电偶的材料有纯金属、合金和半 导体。常用于直接测温的热电偶一般是纯 金属与台金相配而成，如铂锭—铂、镍 铬—镍铝和铜—康铜等，它们被广泛用于 测量1300℃以下的温度。用半导体材料制 成的温差电偶比用金属作成的温差电偶的 灵敏度高，响应时间短，常用作红外辐射 的接收元件。将若干个热电偶串联在一起 就成为热电堆。在相同的辐照下，热电堆 可提供比热电偶大得多的温差电动势。因 此，热电堆比单个热电偶应用更广泛。
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热敏电阻器的主要特点是对温度灵敏度 高，热惰性小，寿命长，体积小，结构简 单，以及可制成各种不同的外形结构。因 此，随着工农业生产以及科学技术的发展， 这种元件已获得了广泛的应用，如温度测 量。温度控制。温度补偿。液面测定。气 压测定。火灾报警。气象探空。开关电路。 过荷保护。脉动电压抑制。时间延迟。稳 定振幅。自动增益调整。微波和激光功率 测量等等。
热敏电阻温度采集电路
• 图3-12 温度采集电路
热敏电阻温度特性曲线
图3-13 温度特性曲线
2. 热电偶
• 把两种不同的金属或半导体细丝(也有制成 薄膜结构)连成一个封闭环，当一个接头吸 热后其温度和另一个接头不同，环内就产 生电动势，这种现象称为温差电现象。利 用温差电现象制成的感温元件称为温差电 偶(也称热电的温差 成正比，因此，测量热电偶温差电动势的 大小就能测知接头处所吸收的辐射功率或 冷热两接头处的温差。
• 工作原理：热探测器吸收红外辐射后产生 温升，然后伴随发生某些物理性能的变化。 测量这些物理性能的变化就可以测量出它 吸收的能量或功率。 • 常见的类型：常利用的物理性能变化有下 列四种，利用其中一种就可以制备一种类 型的热探测器。
1. 热敏电阻
• 热敏物质吸收红外辐射后，温度升高，阻值发生 变化。阻值变化的大小与吸收的红外辐射能量成 正比。利用物质吸收红外辐射后电阻发生变化而 制成的红外探测器叫做热敏电阻。热敏电阻常用 来测量热辐射，所以又常称为热敏电阻测辐射热 器。常见的热敏电阻及其应用形式十分广泛，例 如图3-1至3-8所示。
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电阻测辐射热器，有半导体测辐射热器、 金属测辐射热器和超导体测辐射热器。热 敏电阻是一种半导体测辐射热器，常用Mn、 Co和Ni的氧化物按一定比例混匀烧结成薄 片，在吸收红外辐射的表面制备一层吸收 层，引出电极，封装好后性能达到要求的 即可使用。光敏面积一般为10的-2次平方毫 米到几个平方毫米。为了在确保所需视场 的情况下提高探测灵敏度，常制备成浸没 型热敏电阻探测器。