热释电探测器简介

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 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
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
dP i P i 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。
• 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。
3.2、常见热释电（材Leabharlann Baidu）系数
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。
4.2、热释电探测器的输出电流
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
3、热释电红外传感器的大型化和多功能 （家庭自动化、大面积安全监视）
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
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。
5、热释电探测器特点
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。
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。
1、新型材料和处理技术 的发展 （提高探测率，响应波长）
2、传感器的智能化 （内置未处理器）
成品实物图
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。
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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。 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）
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。 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。
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。
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。 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”。
热释电探测器简介
作者： L.G
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
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。