热辐射探测器- 学习的日志- 网易博客

热辐射探测器

2010-04-24 12:59:56 阅读4 评论0 字号:

 

用于探测辐射的元器件,按照其工作原理,主要有两种:一种是通过热效应来探测辐射——热辐射探测器,即是一种热敏电阻,如热敏电阻辐射热测量计和热电探测器;另一种是通过辐射量子的作用来探测辐射——光电探测器,如核辐射探测器、红外光探测器和可见光探测器。

(1)热敏电阻辐射热测量计:

这种辐射热测量计是针对辐射的作为热探测器的一种热敏电阻。依据的原理是:材料吸收辐射、温度上升,使得材料电阻改变,从而由电阻的变化即可检测出辐射。

①结构:

热敏电阻辐射热测量计的构成:在热敏电阻上增加一层能够吸收辐射(特别是远红外光)的特殊涂层;一般是采用Pt热敏电阻、表面涂上20nm厚的铋薄膜。这种热测量计的长波响应可以达到1000μm。

现在也发展出了单晶Si、Ge热敏电阻辐射热测量计。

②应用性能:

热敏电阻辐射热测量计最适合于数微米以上波长辐射的测量。在如此长波长下使用时,必须冷却热敏电阻器(常常要冷却到4K以下),以抑制电阻器本身的黑体辐射,从而提高测量灵敏度。

热敏电阻式探测器的缺点是响应速度慢(响应时间约为1ms~10s)。为了提高其响应速度,就应该降低电阻器的热容量和增大电阻器的热导率。

在使用热敏电阻辐射热测量计时,通过的电流必须很小,以避免“自热”而影响到测量精度。

可以把热敏电阻辐射热测量计接入惠斯登电桥来使用,以提高测量精度。

为了抑制背景噪声,可把辐射首先进行调制,然后再来进行测量。

热敏电阻辐射热测量计可应用于防盗xxx、火灾xxx和探测地面辐射等。

(2)热电探测器:

这种探测器是在两个导电电极之间夹一片热电材料构成,即是一个以热电材料为电介质的电容器。

热电探测器的工作原理:热电材料吸收辐射以后,温度升高,并导致极化发生变化,通过检测此极化变化的效果即可得知辐射的情况。

常用的热电材料是硫酸三甘氨酸酯、钽酸锂和锆钛酸铅等绝缘体。这些热电材料属于铁电体,在居里温度以下时,它内部的偶极矩将随温度而变化——电极化变化;当温度改变使极化发生变化时,即将引起导电电极(电容器)两端的表面电荷变化,并从而产生信号电流(即通过电容器的位移电流);因此通过测量信号电流即可探测出辐射。

由于信号电流只响应于温度的变化,即信号电流与温度对时间的微分成正比(比例系数即为热电系数,典型值为3×1018C-cm-2-K-1),所以在检测时需要利用斩波器等来事先对辐射进行调制;在电容器两端连接一个大的负载电阻(109~1011Ω),取出信号电压,并输入到输入电阻大于负载电阻的FET栅极,通过放大来实现测量。

热电探测器的优点:成本低廉,对很长波长(1000μm)的辐射具有平坦的响应,无须冷却工作;因为是利用电极化的变化来工作的,故工作频率较高(比热学时间常数限制的频率高得多,可远高于10kHz)。

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