热释电传感器的原理及其应用

　　摘要:本文从热释电效应出发,阐述了热释电传感器的工作原理和性能结构,并对构成热释电传感器的基本材料做了初步描述.同时,在以上理论基础上,本文对热释电传感器的发展前景以及热释电传感器的应用实例也作了一定分析.
　　关键词:热释电原理,热释电材料,热释电红外探头
　　引言:
　　热释电传感器是基于热释电效应发展起来的电力电子器件,它凭借着独特优异的性能和广阔的发展前景,在民用,军事等诸多领域得到了广泛应用.近年来,随着激光,红外技术的飞速发展,热释电传感器在工业应用的大舞台上已越发重要和耀眼.
　　1. 热释电效应介绍
　　某些晶体受热时,晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷,这种由于热变化而产生的电极化现象被称为热释电效应.
　　热释电传感器正是基于此效应,在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联接成差动平衡电路,并且利用不同物体发出的红外线的差异性,将热信号转化为电信号输出.
　　2. 热释电传感器工作原理及其性能结构
　　与其它所有的热传感器类似,热释电传感器的工作原理大致可以用以下三个部分来阐述:
　　(1) 将外界辐射转化为自身热能的吸收阶段.
　　(2) 将吸收的热能用以提升温度的升温阶段.
　　(3) 将热信号转化为电信号的测温阶段.
　　并且,对于特定的响应元的热释电电流,若辐射的角频率为定值,那么,热释电电流的大小仅与感受的辐射功率大小成正比,同步变化于辐射功率.
　　从结构上来看，正如前面提到,热释电传感器是利用两个特征一致的热电元反向串联接成差动平衡电路,那么它引入场效应管的目的就是为了完成相应的阻抗变换.由于热电元输出的是电荷信号,所以需要引入N沟道结型场效应管接成共漏形式，以完成阻抗变换。
　　3. 材料介绍
　　热释电材料可分为单晶，压电陶瓷及高分子薄膜等诸多种类，它们均能产生热释电效应固称之为热释电材料。其中，单晶热释电的热释电系数高，介质损耗小，性能最好的热释电传感器至今大多选用单晶制作，如TGS,LATGS,LITAO3等。在压电陶瓷热释电晶体中成本较低，响应较慢。如入侵报警用PZT陶瓷传感器工作频率为0.2——5HZ。最后介绍的薄膜热释电材料可以用溅射，液相外延等方法制备。有些薄膜的自发极化取向率已接近单晶水平。
　　4应用举例
　　热释电传感器光谱响应范围很宽，可以非制冷工作，已广泛用于辐射测量。由于传感器性能均与，功耗低，成像型的热释电面阵有很好的应用前景。
　　随着相关信号处理器性能的不断提高，热释电晶体已经广泛应用于红外光谱仪，红外遥感以及热辐射传感器。
　　以下将介绍一种被动式的热释电红外探头。
　　被动式热释电红外探头包含两个互相串联或者并联的热释电元件，而且制成的两个电极方向相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎相同，使其产生热释电效应而相互抵消，于是传感器无信号输出。当人体进入检测区后，因人体和环境温度的差异，产生的温差在传感器上会有信号输出。而若人体进入检测区后不懂，由于温差为0，所以传感器不会有输出。
　　这种被动式的热释电红外探头具有本身不发射任何辐射，功耗小，价格便宜等优。但是，其信号幅度小，穿透力差，容易受到外来辐射的干扰。虽然，这种探头有一些缺点，但其采用特殊信号处理以后，任然可以使它在某些领域大放异彩。
　　5．应用前景和使用注意事项
　　各种热释电传感器在使用过程中均应注意：
　　(1) 尽量避免阳光直射。
　　(2) 防止传感器周围冷或热气流的骤然变化
　　(3) 避开热源
　　(4) 在使用过程中，应该保持探测器工作表面的清洁
　　(5) 在安装调试时，还应注意防止静电损坏传感器
　　(6) 当输出信号线较长时，应使用屏蔽线
　　总而言之，由于热释电传感器的稳定性能，以及其十分容易改变的中心波长，在各种“开关型”器件开发中得到了广泛应用。但是，在定量的测量过程中，考虑到精度问题，热释电传感器又暴露出一定的不足。
　　由于这种形式的测温系统具有灵敏度高，抗干扰能力强，不但有可能取代现有的热电堆式高温计和光学高温计，而且其测量的下限也拓展到了常温，所以，在红外测温等方面，这种测温系统具有其它类型测温系统无法比拟的优点，发展前景良好。
　　参考文献
　　1张宏建，蒙建波自动检测技术与装置化学工业出版社2005
　　2李军检测技术与仪表中国工业出版社1996
　　3柳桂国检测技术及其应用电子工业出版社2003
　　

《热释电传感器的原理及其应用》

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