第2章光电探测1201347.ppt

热敏电阻是由电阻温度系数大的材料制成的电阻元件，它是依据吸收光辐射后升温引起的电阻变化还测量光辐射，也称它为测辐射热计。 热敏电阻（测辐射热计） 电阻温度系数 (αT ) 温度变化较小时： 指在任意温度下温度变化1℃(K)时的零负载电阻变化 率， 热敏电阻随温度的变化取决于电阻温度系数。 热敏电阻有金属的和半导体的两种。 制作热敏电阻灵敏面的材料，金属的多为金、镍、铋等薄膜；半导体的多为金属氧化物，例如氧化锰、氧化镍、氧化钴等。 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，如防盗报警、防火系统、热辐射体有哪些信誉好的足球投注网站和跟踪等。 热敏电阻的种类 热敏电阻的灵敏面是一层由金属或半导体热敏材料制成的厚约0.01mm的薄片，粘在一个绝缘的衬底上，衬底又粘在一金属散热器上。使用热特性不同的衬底，可使探测器的时间常数由大约1ms变到50ms。 因为热敏材料本身不是很好的吸收体，为了提高吸收系数，灵敏面表面都要进行黑化。 热敏电阻结构示意图 热敏电阻的结构 产品 温控器 应用 汽车发动机传感器 水温感应塞 还广泛应用于空调、暖气、电子体温计等 温差电效应 当把A、B两种不同的金属或半导体联结成一个闭合回路时，如果两个接头处的温度T1和T2不同，那么，这两个接头之间就会产生电动势（称为温差电动势）， 在回路中就会产生电流（称为温差电流），这个回路称为热电偶或温差电池。这个效应称为温差电效应。是德国物理学家塞贝克（T.J.Seebeck，1770—1831）于1821年发现的,因此又称为塞贝克效应。 如果把回路的一端分开并与一个电表连接，如图（b）所示。当光照熔接端(称为电偶接头)时，电偶接头吸收光能温度升高，电表就有相应的电流读数，电流的数值就间接反映了光照能量大小。这就是用温差电效应探测光辐射的原理。 温度升高是热积累作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温度变化的影响。 但有一种所谓热释电效应，它比其它光热效应如熟知的温差电效应的响应速度要快得多，并已获得日益广泛的应用。下面我们介绍这种热释电效应。 热释电效应 热释电效应是热电晶体在温度变化时产生的一种现象。在非中心对称结构的极性晶体中，例如硫酸三甘肽、铌酸锂、铌酸锶钡等，即使在无外电场和应力的条件下，本身也会产生自发电极化。由于自发极化，在垂直于电极化矢量Ps的晶体表面上出现面束缚电荷，面电荷密度?s＝|Ps|。热电体的|Ps|决定了面电荷密度?s的大小，当|Ps|发生变化时，面电荷密度?s也跟着变化。 Ps ?s 热释电现象是通过所谓热电材料实现的。 热电材料首先是一种电介质，是绝缘体。是一种结晶对称性很差的压电晶体，因而在常态下具有自发电极化(即固有电偶极矩)。 由电磁理论可知： 在垂直于电极化矢量Ps的材料表面上出现面束缚电荷，面电荷密度σs＝ |PS| 。由于晶体内部自发电极化矢量排列混乱，因而总的Ps并不大，再加上材料表面附近分布的外部自由电荷的中和作用，通常觉察不出有面电荷存在。 如果对热电体施加直流电场，自发极化矢量将趋于一致排列(形成单畴极化)，总的Ps加大。 它是实现热释电现象的理想材料。 热释电体的|PS|决定了面电荷密度σs的大小，当 Ps发生变化时，面电荷值也跟着变化。 当电场去掉后，如果总的Ps仍能保持下来，那么将这种热电体称为热电--铁电体。 热电体表面附近的自由电荷对面电荷的中和作用比较缓慢，一般在1—1000秒量级。 好的热电体，这个过程很慢。在来不及中和之前，热电体侧面就呈现出相应于温度变化的面电荷变化，这就是热释电现象。 温度升高， |PS|减小。升高到Tc值时，自发极化突然消失，Tc称为居里温度。在Tc温度以下，才有热释电现象。 当强度变化的光照射热电体时，热电体的温度发生变化， |PS|亦发生变化，而面电荷跟着发生变化。 经过单畴化的热电体，保持有较大的|PS| 。这个|PS|值是温度的函数，如图所示。 如果极板面积为A，则电流为 式中 称为热释电系数，很显然，如果照射的光是恒定的，那么T为恒定的，PS亦为恒定值，电流为零。所以热释电探测器是一种交流或瞬时响应的器件。 光辐射照射时热释电晶体温度升高，自发极化强度降低，因此电极