紅外熱像儀PT100傳感器探測(cè)器分類和發(fā)展簡(jiǎn)史
紅外熱像儀PT100傳感器探測(cè)器分類和發(fā)展簡(jiǎn)史
紅外熱像儀探測(cè)器分類和發(fā)展簡(jiǎn)史-熱釋電紅外探測(cè)器
研究發(fā)現(xiàn)，部分晶體（如硫酸三甘肽、鈮酸鍶鋇等）沿某一特定的方向切割成薄片，并在兩表面制作電極形成平板電容后，當(dāng)晶體溫度發(fā)生變化時(shí)，電容兩端將產(chǎn)生電壓。這種當(dāng)材料表面溫度發(fā)生變化后，因材料自發(fā)極化而在材料表面釋放出電荷的現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)[6]。如果將該電容器上接上負(fù)載電阻，則會(huì)產(chǎn)生熱釋電電流根據(jù)熱釋電效應(yīng)設(shè)計(jì)的紅外探測(cè)器就是熱釋電紅外探測(cè)器濕度傳感器探頭, 不銹鋼電熱管, PT100傳感器, 流體電磁閥,鑄鋁加熱器,加熱圈。熱釋電材料僅在溫度變化時(shí)才產(chǎn)生響應(yīng)電流，這是熱釋電探測(cè)器區(qū)別于其他熱敏紅外探測(cè)器（如微測(cè)輻射熱計(jì)、熱電堆）的重要標(biāo)志。這個(gè)特點(diǎn)也決定了熱釋電紅外探測(cè)器必須在斬波器協(xié)助下才能正常工作。如果不使用斬波器，除非場(chǎng)景中有活動(dòng)目標(biāo)，否則熱釋電電荷將自動(dòng)消散，場(chǎng)景圖像將漸隱。不過(guò)增加斬波器后，整個(gè)紅外成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將變得復(fù)雜。
熱釋電材料可分為三類：?jiǎn)尉後岆姟⑻沾蔁後岆姾捅∧後岆姟Ｔ诒姸酂後岆姴牧现校珺ST（鈦酸鍶鋇，BaxSr1-xTiO3）陶瓷材料是目前研究得*成熟也是*成功的一種熱釋電陶瓷材料。TI（后并入Raytheon）公司推出的245×328BST鐵電陶瓷焦平面已形成產(chǎn)品，像元尺寸48.5μm×48.5μm，NETD（噪聲等效溫差，NoiseEquivalentTemperature Difference）優(yōu)于0.8K，展示樣品的NETD優(yōu)于47 mK。
不過(guò)，由于鐵電陶瓷焦平面的制作工藝與標(biāo)準(zhǔn)大規(guī)模硅集成電路工藝不兼容，因此焦平面制造成本較高。此外，陶瓷混合集成熱釋電焦平面的性能已經(jīng)接近理論極限，因此自20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，在美國(guó)國(guó)防預(yù)研局的資助下，Raython公司轉(zhuǎn)而研究單片集成式薄膜熱釋電紅外焦平面陣列，并取得了較大進(jìn)展，目前，Raytheon公司利用PLZT（鋯鈦酸鉛鑭，Pb1-xLax(ZryTi1-y)O3）熱釋電薄膜已經(jīng)成功制造出320×240單片式熱釋電焦平面陣列，陣列的NETD優(yōu)于90mK。
熱釋電紅外探測(cè)器是目前熱探測(cè)器中的佼佼者，這種探測(cè)器除具有一般熱探測(cè)器點(diǎn)，如寬光譜響應(yīng)、室溫工作等優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下特殊優(yōu)點(diǎn)：
1)探測(cè)器輸出信號(hào)與靈敏元溫度變化率成正比，而與**溫度無(wú)關(guān)，因而無(wú)需自身的熱平衡，響應(yīng)速度較快；2)熱釋電探測(cè)元本身可以作為一個(gè)濾波器，可以將一定量的噪聲旁路分離掉，噪聲較小；3)電荷存儲(chǔ)具有積分特性，能存儲(chǔ)由瞬時(shí)信號(hào)釋放的總電荷，此時(shí)電
荷的測(cè)量取決于瞬時(shí)的總量；4)無(wú)需加偏壓，讀出電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。不過(guò)由于熱釋電紅外探測(cè)器需要斬波器協(xié)助才能正常工作，因此與熱電堆、測(cè)輻射熱計(jì)比較而言，成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
