熱探測器

熱探測器是利用探測元件吸收入射輻射而產生熱、造成溫升,並藉助各種物理效應把溫升轉換成電量的原理而製成的器件。

熱探測器

正文

利用探測元件吸收入射輻射而產生熱、造成溫升,並藉助各種物理效應把溫升轉換成電量的原理而製成的器件。最常用的有溫差電偶、測輻射熱計、高萊管、熱電探測器。
一般來說，熱探測器的接收元由於表面塗黑它的光譜回響是無選擇性的，它只受透光視窗光譜透射特性的限制，因此主要套用於紅外區和紫外區，但它的回響率較低、回響速度慢、機械強度低，近來由於熱電探測器和薄膜器件的發展，上述缺點已有所改進。
溫差電偶和溫差電堆　溫差電偶（熱電偶）是利用溫差電現象製成的一種器件，由兩種能產生顯著溫差電的金屬絲（如銅和康銅）或P型和N型半導體構成。把兩種材料的一結點塗金黑（或鉑黑）或覆蓋上鍍黑的薄片，以吸收輻射並引起溫升，這一結點稱為熱端；而未加熱的一端稱為冷端。在熱端和冷端有溫差時，迴路中會產生溫差電動勢，其數值與輻射量有關：

ε＝p(T)ΔT。

式中ε為溫差電動勢值,p(T)為溫度T時的溫差電動勢率，ΔT為吸收光產生的溫差。
溫差電堆（熱電堆）是把若干個溫差電偶串接而成，目的是顯著地提高其回響率,其典型結構示於圖1。

熱探測器

測輻射熱計　測輻射熱計是利用熱敏電阻構成的探測器。當熱敏電阻吸收光（在紅外區常稱輻射）出現溫升後會引起阻值的變化，如果用一負載電阻與熱敏電阻串聯並施加偏壓，那么從負載電阻或熱敏電阻上取出的輸出電壓的變化量與入射的光量有關。
常常把一對參量相同的熱敏電阻密封在一起其中一個接受光照，然後利用橋式電路取出與光量相關的電信號。優點是減小了外界溫度變化造成的影響。
熱敏電阻可以是金屬（鉑、鎳、金）的也可以是半導體的，前者線性比較好，後者回響率較大。也有利用低溫半導體（摻雜Ga和In的Ge、Si）和低溫超導材料的，它們噪聲小、回響率高，可測很微弱的輻射或遠紅外輻射。
高萊管　是主要利用小容量的氣體受熱膨脹使柔鏡變形的原理探測輻射的器件。它的原理示於圖2。當輻射被薄膜吸收產生溫升，氣體受熱膨脹，使鍍銀的柔鏡彎曲。光源發出的光經光柵聚焦到柔鏡上，經此鏡反射回的光柵像再經過光柵投射到光電管上。當柔鏡受壓彎曲光柵像相對於光柵位移，使投射到光電管的光通量發生變化，光電管的輸出信號的變化量反映出輻射量的大小。這種探測器時間回響慢，但能探測弱光，主要套用於光譜儀器中。

熱探測器

熱電探測器　是利用居里點以下的熱電晶體的自發極化強度與溫度有關的原理製成的器件(見熱電性)。當熱（釋）電晶體薄片吸收輻射產生溫升時，在薄片極化方向產生電荷變化為

ΔQ＝pTAΔT，

式中ΔQ為電荷變化量，pT為溫度T 時的熱釋電係數, A為吸收輻射的表面的面積，ΔT為晶體的溫升值。當用調製的輻射照射時晶體的溫度不斷變化, 電荷也隨之變化,從而產生電流，它的數值與調製的輻射量有關。
在恆溫下，晶體內部的電荷分布被自由電子和表面電荷中和,在兩極間測不出電壓。當溫度迅速變化時,晶體內偶極矩會產生變化,產生瞬態電壓,所以熱（釋）電探測器只能探測調製的輻射或輻射脈衝，它的回響時間快，可達納(10-9)秒數量級,並能在常溫下工作。此外它僅由晶體片鍍以電極構成探測元,因此機械強度很高,克服了紅外探測器容易損壞的缺點，回響的譜段從γ射線到亞毫米波，是目前發展最快的熱探測器。
熱電探測器所用的材料主要有鈦酸鋇、硫酸三甘肽(TGS)、摻鑭的鋯鈦酸鉛(PLZT)、鈮酸鋰和鈮酸鍶鋇。近年來也採用多晶、陶瓷和塑膠，可按需要製成各種形狀的探測器。
參考書目
　R. J. Keyes, Optical and InfRared Detectors, Thermal Detectors,Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York,1977.

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