3.2.6 光热辐射检测器件

信号输出： 电能辐射能热能 3.2.6 光热辐射检测器件光热辐射检测器是一类基于光辐射与物质相互作用的热效应制成的器件。特点：光谱响应范围宽（紫外～毫米量级），响应度高，无需制冷，但响应速度较低。

1. 热敏电阻 热敏电阻：吸收入射辐射后引起温升而使电阻改变，导致负载电阻两端电压的变化，并给出电信号的器件。特点： ①热敏电阻的温度系数大，灵敏度高，热敏电阻的温度系数常比一般金属电阻大10～100倍，且为负温度系数。 ②结构简单，体积小，可以测量近似几何点的温度。 ③电阻率高，热惯性小，适宜做动态测量。 ④阻值与温度的变化关系呈非线性。 ⑤不足：稳定性和互换性较差。

本征吸收，杂质吸收 光生载流子光半导体晶格吸收和自由电子吸收等热能晶格振动加剧器件温度上升，电阻值变化热敏电阻的原理：

光金属晶格振动加剧妨碍自由电子定向运动电阻值略有增加热敏电阻的温度系数金属：能带结构外层无禁带，自由电子密度很大，以致外界光作用引起的自由电子密度相对变化较半导体而言可忽略不计。由金属材料组成的热敏电阻具有正温度系数，而由半导体材料组成的热敏电阻具有负温度特性。半导体材料热敏电阻的温度系数大约为-3%~-6%，约为白金的10倍以上。所以热敏电阻探测器常用半导体材料制作而很少采用贵重的金属。

热敏电阻的结构 结构：热敏材料制成的厚度为0.01mm左右的薄片电阻粘合在导热能力高的绝缘衬底上，电阻体两端蒸发金属电极，再把衬底同一个热容很大、导热性能良好的金属相连构成热敏电阻。

2.热电偶探测器 辐射热电偶：测量辐射能的热电偶。（1）热电偶的工作原理半导体辐射热电偶：用涂黑的金箔将N型半导体材料和P型半导体材料连在一起构成热结，另一端（冷端）将产生温差电势。 P型半导体的冷端带正电，N型半导体的冷端带负电。开路电压UOC与入射辐射使金箔产生的温升ΔT的关系为 UOC=M12ΔT 式中，M12为塞贝克常数，又称温差电势率（V/℃）。

4通道热电堆检测器 2通道热电堆检测器（2）热电堆工作原理为了减小热电偶的响应时间，提高灵敏度，常把辐射接收面分为若干块，每块都接一个热电偶，串联起来构成热电堆。

3.热释电器件 利用热释电效应 (1) 热释电器件的特点与其它热检测器相比，热释电器件具有以下优点： ①具有较宽的频率响应（工作频率接近兆赫兹），较低的时间常数（10-4 ~ 3×10-5 s）； ②热释电器件的检测率高； ③热释电器件可以有大面积均匀的敏感面，而且工作时可以不外加接偏置电压； ④与热敏电阻相比，受环境温度变化的影响更小； ⑤热释电器件的强度和可靠更好，且制造比较容易。在热检测器中最受重视的是热释电检测器。

(2) 热释电器件的基本工作原理 铁电体——在外加电场除去后仍保持着极化状态（自发极化）。当温度升高到一定值，铁电体的自发极化突然消失——居里点

在居里点以下，极化强度PS是温度T的函数。利用这一关系制造的热敏检测器称为热释电器件。 在恒定辐射作用的情况下输出的信号电压为零，只有在交变辐射的作用下才会有信号输出。

外光电效应 光电导效应光电效应光电池内光电效应光电二极管光电三极管光生伏特效应发光器件光电耦合器件辐射热计效应 PSD 光热效应温差电效应热释电效应 3.2.7 光电检测器件的性能比较光电检测器件的物理基础：光电效应，光热效应光敏电阻热敏电阻热电偶，热电堆热释电器件

光敏电阻的符号 光电导：光电流：照射光度量改变光敏电阻阻值变化 Ip 变化光敏电阻

VOC/V ISC/mA UL 400 100 PL 输出特性： 80 200 IL 40 短路电流: 0 400 RM 200 RL/Ω 开路电压: 工作原理图光电池符号光电池

c e 光电二极管光电三极管电路符号：

发光二极管 发光效率：能量效率电流效率量子效率

辐射波谐振， 辐射放大粒子数反转高能态粒子跃迁辐射输出激光激光器组成：工作物质、谐振腔、泵浦源

A C K E 电、磁绝缘，光信息相连发光器件：LED、半导体激光器、微形钨丝灯等光电耦合器件接收器件：光电二极管、光电三极管、光电池、光敏电阻等光电耦合器件电路符号：主要特性：隔离特性与传输特性（电流传输比β）

光电位置敏感器件PSD

各种光电检测器件的性能比较： 动态特性好：光电倍增管，光电二极管线性好：光电倍增管，光电二极管，光电池灵敏度好：光电倍增管，光敏电阻，光电三极管输出电流大：光敏电阻，光电三极管，大面积光电池外加电压低：光电二极管，光电三极管，光电池暗电流小：光电倍增管，光电二极管，无偏置光电池稳定性好：光电二极管，光电池光谱响应宽：光电倍增管，CdSe光敏电阻光敏面积大：光电池响应快：Si光电二极管，光电倍增管

3.2.6 光热辐射检测器件

3.2.6 光热辐射检测器件

Presentation Transcript