baner_strony

Zgodnie z klasyfikacją czujniki podczerwieni można podzielić na czujniki termiczne i czujniki fotonowe.

Czujnik termiczny

Detektor termiczny wykorzystuje element wykrywający do pochłaniania promieniowania podczerwonego w celu wytworzenia wzrostu temperatury, a następnie towarzyszą mu zmiany niektórych właściwości fizycznych.Mierzenie zmian tych właściwości fizycznych może mierzyć energię lub moc, którą pochłania.Specyficzny proces przebiega następująco: Pierwszym krokiem jest pochłonięcie promieniowania podczerwonego przez detektor termiczny w celu spowodowania wzrostu temperatury;drugim krokiem jest wykorzystanie niektórych efektów temperaturowych detektora termicznego do przekształcenia wzrostu temperatury w zmianę energii elektrycznej.Istnieją cztery powszechnie stosowane rodzaje zmian właściwości fizycznych: typ termistorowy, typ termopary, typ piroelektryczny i typ pneumatyczny Gaolai.

# Typ termistora

Po tym, jak materiał wrażliwy na ciepło pochłonie promieniowanie podczerwone, temperatura wzrasta i zmienia się wartość rezystancji.Wielkość zmiany rezystancji jest proporcjonalna do pochłoniętej energii promieniowania podczerwonego.Detektory podczerwieni wykonane przez zmianę rezystancji po tym, jak substancja pochłonie promieniowanie podczerwone, nazywane są termistorami.Termistory są często używane do pomiaru promieniowania cieplnego.Istnieją dwa rodzaje termistorów: metalowe i półprzewodnikowe.

R(T)=AT−CeD/T

R(T): wartość rezystancji;T: temperatura;A, C, D: stałe, które zmieniają się w zależności od materiału.

Termistor metalowy ma dodatni temperaturowy współczynnik rezystancji, a jego wartość bezwzględna jest mniejsza niż w przypadku półprzewodnika.Zależność między rezystancją a temperaturą jest zasadniczo liniowa i ma silną odporność na wysoką temperaturę.Jest używany głównie do pomiaru symulacji temperatury;

Termistory półprzewodnikowe są wręcz przeciwne i służą do wykrywania promieniowania, takiego jak alarmy, systemy przeciwpożarowe oraz wyszukiwanie i śledzenie grzejników.

# Typ termopary

Termopara, zwana także termoparą, jest najwcześniejszym termoelektrycznym urządzeniem wykrywającym, a jej zasadą działania jest efekt piroelektryczny.Złącze złożone z dwóch różnych materiałów przewodzących może generować siłę elektromotoryczną na złączu.Koniec termopary odbierający promieniowanie nazywany jest gorącym końcem, a drugi koniec zimnym końcem.Tak zwany efekt termoelektryczny, to znaczy, jeśli te dwa różne materiały przewodzące zostaną połączone w pętlę, gdy temperatura na dwóch złączach jest różna, w pętli zostanie wygenerowany prąd.

W celu poprawy współczynnika absorpcji na gorącym końcu zainstalowana jest folia z czarnego złota, tworząc materiał termopary, którym może być metal lub półprzewodnik.Strukturą może być linia lub element w kształcie paska, albo cienka warstwa wykonana za pomocą technologii osadzania próżniowego lub technologii fotolitografii.Termopary typu Entity są najczęściej używane do pomiaru temperatury, a termopary cienkowarstwowe (składające się z wielu termopar połączonych szeregowo) są najczęściej używane do pomiaru promieniowania.

Stała czasowa detektora podczerwieni typu termopary jest stosunkowo duża, więc czas odpowiedzi jest stosunkowo długi, a charakterystyka dynamiczna jest stosunkowo słaba.Częstotliwość zmian promieniowania po stronie północnej powinna generalnie wynosić poniżej 10 Hz.W praktycznych zastosowaniach kilka termopar jest często połączonych szeregowo, tworząc stos termoelektryczny do wykrywania intensywności promieniowania podczerwonego.

# Typ piroelektryczny

Piroelektryczne detektory podczerwieni zbudowane są z kryształów piroelektrycznych lub „ferroelektryków” z polaryzacją.Kryształ piroelektryczny jest rodzajem kryształu piezoelektrycznego, który ma niecentrosymetryczną strukturę.W stanie naturalnym centra ładunków dodatnich i ujemnych nie pokrywają się w pewnych kierunkach, a na powierzchni kryształu tworzy się pewna ilość spolaryzowanych ładunków, co nazywa się polaryzacją spontaniczną.Kiedy zmienia się temperatura kryształu, może to spowodować przesunięcie środka dodatnich i ujemnych ładunków kryształu, więc odpowiednio zmienia się ładunek polaryzacyjny na powierzchni.Zwykle jego powierzchnia wychwytuje pływające ładunki w atmosferze i utrzymuje stan równowagi elektrycznej.Kiedy powierzchnia ferroelektryka znajduje się w równowadze elektrycznej, gdy na jego powierzchnię napromieniowane są promienie podczerwone, temperatura ferroelektryka (arkusza) gwałtownie wzrasta, intensywność polaryzacji szybko spada, a związany ładunek gwałtownie maleje;podczas gdy unoszący się ładunek na powierzchni zmienia się powoli.Nie ma zmian w wewnętrznym ciele ferroelektrycznym.

W bardzo krótkim czasie od zmiany natężenia polaryzacji wywołanej zmianą temperatury do stanu równowagi elektrycznej na powierzchni, na powierzchni ferroelektryka pojawia się nadmiar ładunków pływających, co jest równoznaczne z uwolnieniem części ładunku.Zjawisko to nazywane jest efektem piroelektrycznym.Ponieważ neutralizacja ładunku swobodnego na powierzchni zajmuje dużo czasu, trwa to dłużej niż kilka sekund, a czas relaksacji spontanicznej polaryzacji kryształu jest bardzo krótki, około 10-12 sekund, więc kryształ piroelektryczny może reagować na gwałtowne zmiany temperatury.

# Typ pneumatyczny Gaolai

Gdy gaz pochłonie promieniowanie podczerwone pod warunkiem zachowania określonej objętości, wzrośnie temperatura i wzrośnie ciśnienie.Wielkość wzrostu ciśnienia jest proporcjonalna do pochłoniętej mocy promieniowania podczerwonego, więc można zmierzyć pochłoniętą moc promieniowania podczerwonego.Detektory podczerwieni wykonane według powyższych zasad nazywane są detektorami gazu, a tuba Gao Lai jest typowym detektorem gazu.

Czujnik fotonowy

Fotonowe detektory podczerwieni wykorzystują określone materiały półprzewodnikowe do wytwarzania efektów fotoelektrycznych pod wpływem promieniowania podczerwonego w celu zmiany właściwości elektrycznych materiałów.Mierząc zmiany właściwości elektrycznych, można określić intensywność promieniowania podczerwonego.Detektory podczerwieni wytwarzane przez efekt fotoelektryczny są wspólnie nazywane detektorami fotonów.Główne cechy to wysoka czułość, szybka reakcja i wysoka częstotliwość odpowiedzi.Ale generalnie musi działać w niskich temperaturach, a pasmo wykrywania jest stosunkowo wąskie.

Zgodnie z zasadą działania detektora fotonów można go ogólnie podzielić na fotodetektor zewnętrzny i fotodetektor wewnętrzny.Fotodetektory wewnętrzne dzielą się na fotoprzewodzące, fotowoltaiczne i fotomagnetoelektryczne.

# Zewnętrzny fotodetektor (urządzenie PE)

Kiedy światło pada na powierzchnię niektórych metali, tlenków metali lub półprzewodników, jeśli energia fotonu jest wystarczająco duża, powierzchnia może emitować elektrony.Zjawisko to określa się zbiorczo jako emisję fotoelektronów, która należy do zewnętrznego efektu fotoelektrycznego.Do tego typu detektorów fotonów należą fototuby i fotopowielacze.Szybkość reakcji jest szybka, a jednocześnie produkt fotopowielacza ma bardzo wysoki zysk, który można wykorzystać do pomiaru pojedynczego fotonu, ale zakres długości fal jest stosunkowo wąski, a najdłuższy to tylko 1700 nm.

# Detektor fotoprzewodzący

Kiedy półprzewodnik pochłania padające fotony, niektóre elektrony i dziury w półprzewodniku zmieniają stan nieprzewodzący na wolny, który może przewodzić prąd, zwiększając w ten sposób przewodnictwo półprzewodnika.Zjawisko to nazywane jest efektem fotoprzewodnictwa.Detektory podczerwieni wykonane w wyniku fotoprzewodzącego efektu półprzewodników nazywane są detektorami fotoprzewodzącymi.Obecnie jest to najczęściej stosowany rodzaj detektora fotonów.

# Detektor fotowoltaiczny (urządzenie PU)

Kiedy promieniowanie podczerwone jest napromieniowane na złącze PN niektórych struktur materiałów półprzewodnikowych, pod wpływem pola elektrycznego w złączu PN swobodne elektrony w obszarze P przemieszczają się do obszaru N, a dziury w obszarze N do obszaru obszar P.Jeśli złącze PN jest otwarte, na obu końcach złącza PN generowany jest dodatkowy potencjał elektryczny zwany siłą fotoelektryczną.Detektory wykonane z wykorzystaniem efektu siły fotoelektromotorycznej nazywane są detektorami fotowoltaicznymi lub złączowymi detektorami podczerwieni.

# Optyczny detektor magnetoelektryczny

Pole magnetyczne jest przykładane poprzecznie do próbki.Kiedy powierzchnia półprzewodnika absorbuje fotony, generowane elektrony i dziury są rozpraszane do ciała.Podczas procesu dyfuzji elektrony i dziury są przesunięte względem obu końców próbki w wyniku działania bocznego pola magnetycznego.Istnieje różnica potencjałów między obydwoma końcami.Zjawisko to nazywane jest efektem optomagnetoelektrycznym.Detektory zbudowane z efektu fotomagnetoelektrycznego nazywane są detektorami fotomagnetoelektrycznymi (określane jako urządzenia PEM).


Czas postu: 27 września 2021 r