热释电红外传感器毕业论文中英文资料对照外文翻译.pdfVIP

热释电红外传感器毕业论文中英文资料对照外文翻译.pdf

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中英文资料对照外文翻译 热释电红外传感器 前言 热释电红外传感器是一种非常有应用潜力的传感器。它能检测人或某些动物发射的红外 线并转换成电信号输出。早在1938年,有人就提出利用热释电效应探测红外辐射,但并未受 到重视。直到六十年代,随着激光、红外技术的迅速发展,才又推动了对热释电效应的研究 和对热释电晶体的应用开发。近年来,伴随着集成电路技术的飞速发展,以及对该传感器的 特性的深入研究,相关的专用集成电路处理技术也迅速增长。 本文先介绍热释电传感器的原理,然后再描述相关的专用集成电路处理技术。 热释电效应 在自然界,任何高于绝对温度(-273K)的物体都将产生红外光谱,不同温度的物体释 放的红外能量的波长是不一样的,因此红外波长与温度的高低是相关的,而且辐射能量的大 小与物体表面温度有关。 可见光的波长通常在1μ m以下,而1μ m以上的光人眼是看不到的,但是可以通过适当的 仪器对辐射的能量进行检测。 当一些晶体受热时,在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷,这种由于热变化产生 的电极化现象,被称为热释电效应。通常,晶体自发极化所产生的束缚电荷被来自空气中附 着在晶体表面的自由电子所中和,其自发极化电矩不能表现出来。当温度变化时,晶体结构 中的正负电荷重心相对移位,自发极化发生变化,晶体表面就会产生电荷耗尽,电荷耗尽的 状况正比于极化程度,图1表示了热释电效应形成的原理。 能产生热释电效应的晶体称之为热释电体或热释电组件,其常用的材料有单晶(LiTaO3 等)、压电陶瓷(PZT等)及高分子薄膜(PVFZ等)[2] 当以LiTaO3为代表的热释电材料处于自极化状态时,吸收红外线入射波后,结晶的表面 温度改变,自极化也发生改变,结晶表面的电荷变得不平衡,把这种不平衡电荷的电压变化 取出来,便可测出红外线。热释电材料只有在温度变化时才产生电压,如果红外线一直照射, 则没有不平衡电压,一旦无红外线照射时,结晶表面电荷就处于不平衡状态,从而输出电压。 热释电红外线传感器因红外光线的照射与遮挡得到或失去热量,从而产生电压输出。从 原理上讲应与波长无关,但由热释电材料做成的传感器有一个透光窗,而透光窗的选材与波 长有关系。如以SiO2为窗材的传感器,它可以透过几乎全部的可见光,而有的窗材只能通过 4μ m附近波长的光,有的能透过6.1μ m波长的光,有的能透过8μ m~14μ m波长的光,所以使 用不同的窗材就可确认是哪个波长的光产生的热。 量子型的红外光探测器 量子型的红外光探测器与红外光的波长有关,它的特点是灵敏度高,响应速度快,响应 的灵敏度与红外线波长有关。每个入射光子产生的能量 E=hc/λ =1124λ 式中,h——普朗克常数,h=4.14×10-15(evs)=6.625×10-34(JS) c——光速,c=3×1010cm/s 1μ m红外光的能量为1.24eV,10μ m红外光的能量为0.12eV,与可见光相比,红外线光 的能量较小。量子型的红外传感器又分为光导电型和光电动势型两种。光导电型的组件材料 有PbS、PbSe、Hg、Cd、Te等,它是利用红外线照射时阻抗减少的特点来获取检测信号的; 而光电动势型是在Ge、IrSb等半导体基片上形成PN结,当红外线照射时产生光电动势,Ge 的禁带宽度为0.6ev,Ge二极管对0.6μ m和1.9μ m的红外光较敏感,当入射红外光的波长在 0.6μ m~1.9μ m时,在PN结上形成的电动势随入射光量的增大而增大,从而经放大可输出探 测电信号。 热释电传感器 热释电传感器利用的正是热释电效应,是一种温度敏感传感器。它由陶瓷氧化物或压电 晶体组件组成,组件两个表面做成电极,当传感器监测范围内温度有Δ T的变化时,热释电 效应会在两个电极上会产生电荷Δ Q,即在两电极之间产生一微弱电压Δ V。 热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释 电红外传感器的热电系数远远高于热电偶。 结构图 热释电红外传感器的结构及内部电路见图2所示。 传感器主要有外壳、干涉滤光片、热释电组件PZT、场效应管FET等组成。 滤光片 人体辐射的红外线中心波长为9~10--um,而探测组件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内 几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口,这个滤光片可通过光的波长 范围为7~10--um,正好适

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