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第三章 热电检测器件n特点：n1 响应与波长无关n2 响应速度比较慢n3 探测率低1热电探测器件温差电型气动型热释电型热敏电阻型2n热探测器件的共性入射吸收温升热变换损失t=0热敏材料的时间常数3温升正比于入射功率频率越大温升越小4n最小可探测功率5它所辐射的总通量为W0=AασT4（其中σ为斯忒藩-波耳兹曼常数，T为温度）如果探测器温度有一个微小的增量dT，则总辐射通量的增量为4AασT3dT所以，只由辐射交换所产生的热导GQ为                              GQ＝4AασT3NEP＝(16Aσ kT5）1/2取Δf＝1，α＝16此式表示了热电探测器件可能达到的最佳性能                       NEP＝(16AσkT5）1/2式中，σ＝5.67×l0-12W·cm-2·K-4；k＝1.38×10-23·K-1    若假定A＝1cm2；T＝290K，则                        NEP＝5.1×l0-11W此值可作为衡量实际探测器性能的比较基准7二、热电偶和热电堆n构造和原理构造和原理辐射热电偶89入射热敏材料的时间常数,RQ、CQ、GQ分别为器件的热阻、热容和热导。

热导GQ ，与材料性质和周围环境有关，为了使热导稳定，常常抽成真空，所以热电偶通常称真空热电偶f为交流辐射调制频率10n参数n响应率直流交流11n响应时间nNEP12n热电堆13几种不致冷的热电探测器的性能几种不致冷的热电探测器的性能1-样品  2、6-温差电堆  3-高莱元件4-红外传感元件  5-硫酸三甘肽热释电探测器7-热敏电阻  8-钽酸锂热释电探测器9-铌酸钦热释电探测器  10-陶瓷热释电探测器11-薄膜测热辐射计14三、热敏电阻（测辐射热计）（测辐射热计）n结构和原理151617热敏电阻同光敏电阻十分相似，为了提高输出信噪比，必须减小其线度但为了不使接收辐射的能力下降，有时也用浸没技术，以提高探测度18n参数电阻温度特性（1/℃） 1920n阻值变化量21n输出特性热敏电阻的输出电路22n热阻23n响应率24    1））v不能很大，因不能很大，因i若较大，产生的焦耳热会使元件温度提高，如果若较大，产生的焦耳热会使元件温度提高，如果αT是负，还可能因为是负，还可能因为RT变小而产生破坏性的热击穿变小而产生破坏性的热击穿    2）为了提高）为了提高α ，要使灵敏面表面黑化。

要使灵敏面表面黑化     3）为了减小）为了减小G，可使接收元件装在一个真空的外壳里可使接收元件装在一个真空的外壳里4））αT决定于材料决定于材料 5）由于要求放大器的输入阻抗要远大于）由于要求放大器的输入阻抗要远大于RT，这就限，这就限制了制了RT不能任意的大不能任意的大25n最小可探测功率10-8—10-9W26 四、超导、碳与锗测辐射热计n超导测辐射热计 50um—1mmn锗测辐射热计 1000umn碳测辐射热计 >40um27四、热释电探测器28n特点(1)热敏探测器是宽波段响应的，但探测率比较低光电类探测器的探测率(灵敏度)较高，但响应波长有限，而且在光电类探测器中，响应波长越长，则探测率越低，这是响应波长与探测率之间的矛盾 (2)热敏类探测器的探测率越高，反应就越慢光导型探测器也有同样的矛盾热释电探测器：热释电探测器：响应时间不再取决于通常热敏片的温度上升过程而取决于对入射辐射的切割速度，当然这种矛盾的解决是有限度的，入射辐射的调制频率升高，探测率仍然要下降，但是要比其它热电探测器慢得多响应时间10-9 S ，但此时NEP高。

只有在10Hz的调制频率下才能得到NEP=5*10-10 W29热释电探测器的优点热释电探测器的优点n1 速度 工作频率几百千赫n2 探测率高n3 不需外加偏置电压，灵敏面大均匀n4 受环境温度变化的影响小n5 强度和可靠性好30n热释电效应热释电效应 某些物质某些物质(例如硫酸三甘肽、铌酸锂、铌例如硫酸三甘肽、铌酸锂、铌酸锶钡等晶体酸锶钡等晶体)吸收光辐射后将其转换成吸收光辐射后将其转换成热能，这个热能使晶体的温度升高，温度热能，这个热能使晶体的温度升高，温度的变化又改变了晶体内晶格的间距．这就的变化又改变了晶体内晶格的间距．这就引起在居里温度以下存在的自发极化强度引起在居里温度以下存在的自发极化强度的变化，从而在晶体的特定方向上引起表的变化，从而在晶体的特定方向上引起表面电荷的变化，这就是热释电效应面电荷的变化，这就是热释电效应n原理n居里温度居里温度n自发极化自发极化31n测交变辐射热电晶体在温度变化时所显示的热电效应示意图热电晶体在温度变化时所显示的热电效应示意图a) 恒温下  b) 温度变化时  c) 温度变化时的等效表现32n自发极化强度Ps33热释电晶体吸收频率为ω的辐射以后，其温度进而其自发极化强度也按频率ω而变化，从而导致晶体表面电荷密度也按频率ω而变化。

在晶体的相对两面敷上电极，如果在两电极之间接上负载，则负载上就有电流流过由入射的交变辐射在热释电晶体中产生的电流可表示为34而与晶体和入射辐射达到平衡的时间无关而与晶体和入射辐射达到平衡的时间无关γ值取决于材料本身值取决于材料本身的特性；而温度变化率与材料的吸收率和热容有关，吸收率愈大，的特性；而温度变化率与材料的吸收率和热容有关，吸收率愈大，热容愈小，则温度变化率就愈大热容愈小，则温度变化率就愈大35n等效电路热释电器件的等效电路热释电器件的等效电路 VSτT为热时间常数，为热时间常数，τT=CH/G；；τe为电路时间常数，为电路时间常数，τE=CR，，R=Rs∥∥RL，，C=Cs＋＋CLτE、、τT的数量级为的数量级为0.1～～10s左右左右36n参数响应率37RL1RL2RL3RL1 >RL2 >RL338n噪声、信噪比和噪声等效功率噪声、信噪比和噪声等效功率 热释电探测器的噪声等效功率热释电探测器的噪声等效功率NEP与它的噪声有关热释与它的噪声有关热释电探测器的噪声主要来自温度噪声和热噪声电探测器的噪声主要来自温度噪声和热噪声 (1)温度噪声温度噪声39可以看出，温度噪声与频率的关系和响应率Rv与频率的关系相同，亦即温度噪声的频谱与热释电探测器的频率响应特性是一致的。

40n热噪声其中有效电阻41n噪声电压热释电器件的噪声等效功率（NEP），有随着调制频率的增加而减小的性质所以，噪声等效功率为  如果只考虑温度噪声和热噪声，那么，热释电探测器的总噪声电压的均方值等于温度噪声电压均方值和热噪声电压均方位之和，即n类型42 1.硫酸三甘酞3．铌酸锂和钽酸锂2．铌酸锶钡43各种热释电器件性能表44。