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了解一下红外气体传感器的热释电材料是什么吧

2020-07-01

  随着红外光学材料及微电子封装技术的发展,红外气体传感器在其封装上固定安装有针对不同气体的窄带干涉滤光片。通过使用固定有不同波长滤光片的的红外传感器,可以实现对不同气体的测量。
 
  热释电材料是一种具有自发极化的电介质它的自发极化强度随温度变化可用热释电系数p来描述p=dP/dT(P为极化强度,T为温度)。
 
  在恒定温度下,材料的自发极化被体内的电荷和表面吸附电荷所中和。如果把热释电材料做成表面垂直于极化方向的平行薄片,当红外辐射入射到薄片表面时,薄片因吸收辐射而发生温度变化,引起极化强度的变化。
 
  而中和电荷由于材料的电阻率高跟不上这一变化,其结果是薄片的两表面之间出现瞬态电压。若有外电阻跨接在两表面之间,电荷就通过外电路释放出来。电流的大小除与热释电系数成正比外,还与薄片的温度变化率成正比,可用来测量入射辐射的强弱。
 
  热释电型红外气体传感器都是用硫酸三甘酞(TGS)和钽酸锂 (LiTaO3)等优质热释电材料(p的数量级为10-8C/Kcm2)的小薄片作为响应元,加上支架、管壳和窗口等构成。它在室温工作时,对波长没有选择性。
 
  热电堆的结构辐射接收面分为若干块,每块接一个热电偶,把它们串联起来,就构成热电堆。按用途不同,实用的热电堆可以制成细丝型和薄膜型,亦可制成多通道型和阵列型器件。带红外带通滤波器的传感器应用于红外吸收气体探测。
 
  热释电和热电堆型红外探测器的根本区别在于,后者利用响应元的温度升高值来测量红外辐射,响应时间取决于新的平衡温度的建立过程,时间比较长,不能测量快速变化的辐射信号。
 
  而热释电型探测器所利用的是温度变化率,因而能探测快速变化的辐射信号。这种探测器在室温工作时的探测率可达 D≈1~2×109厘米·赫/瓦。70年代中期以来,这种探测器在实验室的光谱测量中逐步取代温差电型探测器和气动型探测器。
 
  利用这些窗口滤波红外探测器,不用进行分光,从而可以直接测量对应滤波片波段也即相应气体吸收波段的红外光强度,这样的气体传感器成为非分光红外(NDIR)气体传感器。
 

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