红外探测器的主要功用就是检测红外辐射的存在,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。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测量出它吸收的能量或功率。常用的热探测器有以下4种。
(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,所以又常称热敏电阻为测辐射热传感器。
(2)测辐射热电偶 测辐射热电偶是基于温差电效应制成的热探测器,在材料A和B的连接点上粘上涂黑的薄片,形成接受辐照的光敏面,在辐照作用下产生温升,称为热端。在材料A和B与导线形成的连接点保持同一温度,形成冷端。在两个导线间(输出端)产生开路的温差电动势。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。热电偶的缺点是热响应时间较长。
(3)热释电探测器 压电类晶体中的极性晶体,如硫酸三甘肽(TGS)、钽酸锂(LiTaO3)和铌酸锶钡(Sr1—BaxNb2O6)等,具有自发的电极化功能,当受到红外辐照时,温度升高,在某一晶轴方向上能产生电压。电压大小与吸收的红外辐射功率成正比,这种现象被称为热释电效应。所以,称极性晶体为热释电晶体。热释电晶体自发极化的弛豫时间很短,约为10-12s。因此热释电晶体具有温度变化响应快的特点。热释电红外探测器探测率高,属于热探测器中最好的,因此得到了广泛应用。
(4)气体探测器 气体在体积保持一定的条件下吸收红外辐射后会引起温度升高、压强增大。压强增加的大小与吸收红外辐射功率成正比,由此,可测量被吸收的红外辐射功率。利用上述原理制成的红外探测器叫做气体探测器。(www.daowen.com)
光子探测器吸收光子后发生电子状态的改变,从而引起几种电学现象,这些现象统称为光子效应。利用光子效应制成的探测器称为光子探测器。
热探测器与光子探测器在使用场合上主要区别如下:
1)探测器一般在室温下工作,不需要制冷;多数光子探测器必须工作在低温条件下才有优良的性能。工作于1~3μm波段的探测器主要在室温下工作。
2)热探测器对各种波长的红外辐射均有响应,是无选择性探测器,而光子探测器只对短于或等于截止波长的红外辐射才有响应,是有选择性的探测器。
3)热探测器的响应率比光子探测器的响应率低1~2个数量级,响应时间比光子探测器的长得多。
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