熱探測(cè)器簡(jiǎn)介

物體吸收輻射，晶格振動(dòng)加劇，輻射能轉(zhuǎn)換成熱能，溫度升高。由于物體溫度升高，與溫度有關(guān)的物理性能發(fā)生變化。這種物體吸收輻射使其溫度發(fā)生變化從而引起物體的物理、機(jī)械等性能相應(yīng)變化的現(xiàn)象稱為熱效應(yīng)。利用熱效應(yīng)制成的探測(cè)器稱為熱探測(cè)器。

熱探測(cè)器光電轉(zhuǎn)換的過(guò)程分為兩步：第一步是熱探測(cè)器吸收紅外輻射引起溫升，這一步對(duì)各種熱探測(cè)器都一樣；第二步利用熱探測(cè)器某些溫度效應(yīng)把溫升轉(zhuǎn)變成電量的變化。

由于熱探測(cè)器是利用輻射引起物體的溫升效應(yīng)，因此，它對(duì)任何波長(zhǎng)的輻射都有響應(yīng)，所以稱熱探測(cè)器為無(wú)選擇性探測(cè)器，這是它同光子探測(cè)器的一大差別。熱探測(cè)器的發(fā)展比光子探測(cè)器早，但如今一些光子探測(cè)器的探測(cè)率已接近背景限，而熱探測(cè)器的探測(cè)率離背景噪聲限還有很大差距。

輻射被物體吸收后轉(zhuǎn)換成熱，物體溫度升高，伴隨產(chǎn)生其他效應(yīng)，如體積膨脹、電阻率變化或產(chǎn)生電流、電動(dòng)勢(shì)。測(cè)量這些性能參數(shù)的變化就可知道輻射的存在和大小。利用這種原理制成了溫度計(jì)、高萊探測(cè)器、熱敏電阻、熱電偶和熱釋電探測(cè)器。

人體、坦克、飛機(jī)、軍艦等都是輻射熱源，利用熱探測(cè)器來(lái)探測(cè)人體、坦克、飛機(jī)、軍艦等各部分輻射溫度的分布，來(lái)分辨和識(shí)別這些物體。熱探測(cè)器可廣泛應(yīng)用于探測(cè)人體、火源、熱源、各種軍事目標(biāo)，在工農(nóng)業(yè)以及國(guó)防上有重要的應(yīng)用和發(fā)展。

熱探測(cè)器的基本工作原理是目標(biāo)紅外輻射通過(guò)紅外物鏡照射到探測(cè)器敏感材料上，引起其敏感材料的某些可測(cè)物理量的變化，從而將可測(cè)物理量的變化讀出后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)化變?yōu)殡娦盘?hào)，通過(guò)信號(hào)圖像處理，再進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，最后把信號(hào)傳送到監(jiān)視器。實(shí)現(xiàn)對(duì)輻射熱的探測(cè)。

熱探測(cè)器常被分為四種：氣動(dòng)探測(cè)器（高萊管）、熱電偶或熱電堆、熱敏電阻、熱釋電探測(cè)器。

1．氣動(dòng)探測(cè)器（高萊管）

利用充氣容器接受熱輻射后溫度升高氣體體積膨脹的原理，測(cè)量其容器壁的變化來(lái)確定紅外輻射的強(qiáng)度。這是一種比較老式的探測(cè)器，但在1947年經(jīng)高萊改進(jìn)以后的氣動(dòng)探測(cè)器，用光電管測(cè)量容器壁的微小變化，使靈敏度大大提高，所以這種氣動(dòng)探測(cè)器又稱高萊元件。

2．熱敏電阻

熱敏電阻的阻值隨自身溫度變化而變化。它的溫度取決于吸收輻射、工作時(shí)所加電流產(chǎn)生的焦耳熱、環(huán)境溫度和散熱情況。熱敏電阻基本上是用半導(dǎo)體材料制成的，有負(fù)電阻溫度系數(shù)（NTC）和正電阻溫度系數(shù)（PTC）兩種。

熱敏電阻通常為兩端器件，但也有制成三端、四端的。兩端器件或三端器件屬于直接加熱型，四端器件屬于間接加熱型。熱敏電阻通常都制得比較小，外形有珠狀、環(huán)狀和薄片狀。用負(fù)溫度系數(shù)的氧化物半導(dǎo)體（一般是錳、鎳和鈷的氧化物的混合物）制成的熱敏電阻測(cè)輻射熱器常為兩個(gè)元件：一個(gè)為主元件，正對(duì)窗口，接收紅外輻射；另一個(gè)為補(bǔ)償元件，性能與主元件相同，彼此獨(dú)立，同封裝于一管殼內(nèi)，不接收紅外輻射，只起溫度補(bǔ)償作用。

3．熱電偶和熱電堆

熱電偶是最古老的熱探測(cè)器之一，仍得到廣泛的應(yīng)用。熱電偶是基于溫差電效應(yīng)工作的。單個(gè)熱電偶提供的溫差電動(dòng)勢(shì)比較小，滿足不了某些應(yīng)用的要求，所以常把幾個(gè)或幾十個(gè)熱電偶串接起來(lái)組成熱電堆。熱電堆可以比熱電偶提供更大的溫差電動(dòng)勢(shì)，新型的熱電堆采用薄膜技術(shù)制成，因此，稱為薄膜型熱電堆。

4．熱釋電探測(cè)器

熱釋電探測(cè)器是發(fā)展較晚的一種熱探測(cè)器。如今，不僅單元熱釋電探測(cè)器已成熟，而且多元列陣元件也成功地獲得應(yīng)用。熱釋電探測(cè)器的探測(cè)率比光子探測(cè)器的探測(cè)率低，但它的光譜響應(yīng)寬，在室溫下工作，已在紅外熱成像、紅外攝像管、非接觸測(cè)溫、入侵報(bào)警、紅外光譜儀、激光測(cè)量和亞毫米波測(cè)量等方面獲得了應(yīng)用，所以，它已成為一種重要的紅外探測(cè)器。

熱探測(cè)器與各種光電器件相比具有下列特性：

①響應(yīng)率與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，屬于無(wú)選擇性探測(cè)器；

②受熱時(shí)間常數(shù)（熱慣性）的制約，響應(yīng)速度比較慢；

③熱探測(cè)器的探測(cè)率比光子探測(cè)器的峰值探測(cè)率低；

④可在室溫下工作。

某些電介質(zhì)因溫度變化引起自發(fā)極化或者長(zhǎng)期感應(yīng)極化，測(cè)量其變化速率的熱探測(cè)器。