文档介绍：第三章红外探测器
红外探测器的分类
任何温度高于绝对零度的物体都会产生红外辐射。如何检测它的存在,测定它的强弱并将其转变为其他形式的能量(多数情况是转变为电能)以便应用,就是红外探测器的主要任务。红外探测器是红外系统中最关键的元件之一。红外探测器所用的材料是制备红外探测器的基础,没有性能优良的材料就制备不出性能优良的红外探测器。
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。
热探测器
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。
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。
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(也称热电偶)。温差电动势的大小与接头处吸收的辐射功率或冷热两接头处的温差成正比,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。
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。
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。