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热释电传感器
热电效应原理当一些晶体被加热时,晶体上会产生相同数量的带相反电荷的电荷。这种由热变化引起的极化现象称为热电效应。
任何具有自发极化的晶体在其表面上都会有表面束缚电荷。这些表面束缚电荷通常被晶体内部的自由电子和附着在空气中晶体表面的自由电荷中和,并且不能表达白发极化电矩,因此在正常条件下它是中性的。
如果通过光敏元件将交替辐射照射在偏振晶体上,则体的温度发生变化,晶体结构中负电荷的重心相对偏移,自发极化发生变化,晶体表面变化耗尽。电荷耗尽状态与D偏振度成比例。
也就是说,晶片的白发偏振和所产生的表面结合电荷的密度都以相同的频率周期性地变化。如果表面束缚电荷变化更快,则垂直中的自由电荷小于中性。
交替的端电压出现在白发偏振长餐的两端之间。图1显示了热电效应形成的原理。
热电效应材料产生热电效应的晶体称为热电或热电组件。长川的热电材料是单层,Ledian陶瓷和聚合物薄膜。
单晶热释电晶体具有高热电系数,低介电损耗,TGS,LATGS,LiTa03等人们生产出性能最好的热电传感器。压电陶瓷热电晶体成本低,响应慢。
例如入侵报警状态PZT陶瓷传感器:I:频率为0.热电电流的输出热电传感器利用热电效应并且是温度敏感传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成,元件的两个表面由电极组成,以形成响应元件。
当传感器监测范围内的温度改变ΔT时,热电效应在两个电极上产生电荷AQ,即,在两个电极之间产生弱电压AV。由于其极高的输出阻抗,传感器中的FET用于阻抗转换。
由热电效应产生的电荷ΔO将随着空气中离子的组合而消失。当环境温度稳定时,AT = O,传感器没有输出。
与所有热传感器一样,热电传感器的工作原理可以用三个过程来描述:将辐射转换成热量的吸收过程:将热量转换为温度的加热过程:从温度转换电流的温度测量过程。加热过程类似于热敏电阻和热电偶。
根据热平衡方程,红外辐射对周期性变化的响应温度如下:1正弦变化辐射功率峰值; ∽1辐射角频率;电子反应比率辐射; G响应元件的热导率,单位1 / WK:TT = C / G热容与有效热导率之比,即热时间常数,单位S.热电电流与辐射角频率,响应元件面积成正比,和温度上升。可以看出,对于特定的响应元素(区域Ad,热电系数P,比热辐射率e,响应元件热导G,热时间常数t)一定程度的热电电流,如果辐射角频率恒定,则仅为比辐射功率变化的人略小,辐射功率随辐射功率的变化而变化。
辐射角频率,热时间常数和电气时间常数对热电器件响应速率的影响可归纳为对数关系。热电传感器ΔT,R和u如图所示:∞= 0,响应速率为零;当u≠0,1W≤l/ Tr时,响应速率随角频率的增加而增加21 / r7.≤W≤1/ ru响应速率恒定:3W≥1/ z-响应速率与角频率成反比。
热释电传感器具有宽光谱响应,可用于非冷却应用被广泛用于辐射测量。由于传感器性能均匀,功耗低,成像热电阵列具有良好的应用前景。
随着相关信号处理器性能和可靠性的不断提高,热释电晶体已广泛应用于红外光谱仪,红外遥感和热辐射传感器。热电传感器因其价格低廉和技术性能稳定而广泛应用于各种自动控制装置中。
它们可以用作红外激光器的理想传感器。它们可用作被动热释电红外探头,用于防盗。
红外区域,如警报,通知和非接触式开关。