热释电效应原理

　　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。

　　凡是有自发极化的晶体，其表面均会出现面束缚电荷。而这些面束缚电荷平时被晶体内部的自由电子和空气中附着在晶体表面的自由电荷所中和，其白发极化电矩不能表现出来，因此在常态下呈中性。

　　如果交变的辐射通过光敏元照射在极化晶体上，则品体的温度就会变化，晶体结构中的止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丁-极化程度。即：晶片的白发极化强度以及由此引起的面束缚电荷的密度均以同样频率发生周期性变化。如果面束缚电荷变化较快，自由电荷米不及中和，在垂直丁．白发极化久餐的两个端面间就会出现交变的端电压。

　　图1表示了热释电效应形成的原理。

　　热释电效应材料

　　能产生热释电效应的晶体称之为热释电体或热释电元件，常川的热释电材料有单品、乐电陶瓷及高分子薄膜等种类。

　　单晶热释电晶体的热释电系数高，介质损耗小，性能的热释电传感器至今人多选川单品制作，如TGS、LATGS、LiTa03等。

　　压电陶瓷热释电晶体成本较低，响应较慢。如入侵报警州PZT陶瓷传感器：I：作频率为0．

　　热释电电流的输出

　　热释电传感器利用的止是热释电效应，是一种温度敏感传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极而构成响应元。当传感器监测范围内温度有△T的变化时，因热释电效应会在两个电极上产生电荷AQ，即在两电极之间产生一微弱电压AV。

　　由于它的输出阻抗极高，所以传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷△O会跟空气中的离子结合而消失，当环境温度稳定不变时，AT=O，传感器无输出。

　　与所有热传感器一样，热释电传感器的动作原理可以用3个过程来描述：由辐射转化为热的吸收过程：由热转化为温度的加热过程：由温度转化电的测温过程。加热过程与热敏电阻、热电偶是类似的。

　　根据热平衡方程，对周期变化的红外辐射响应元温升为

　　式中：①一正弦变化辐射功率峰值；∽一辐射角频率；e一响应元比辐射率；G一响应元热导，单位1／WK：TT=C／G热容与有效热导之比，即热时间常数，单位S。

　　而热释电电流与辐射角频率、响应元面积、温升成正比，可见，对于特定的响应元(其面积Ad、热电系数P、比辐射率e、响应元热导G、热时间

　　常数t一定)的热释电电流，如果辐射角频率一定，则只与感受的辐射功率的人小成l[比，并随辐射功率的变化而变化。

　　辐射角频率、热时间常数、电时间常数对热释电器件响应率的影响可归纳为如图所示的热释电传感器△T、R与u的对数关系曲线：

　　∞=0时，响应率为零；

　　u≠0时，

　　①W≤l／Tr， 响应率随角频率增加而增加

　　②1/r7．≤W≤1／r u向应率为常数：

　　③W≥1／z- 响应率与角频率成反比。

　　热释电传感器光谱响应范围很宽，可以非致冷工作，已广泛用于辐射测量。由于传感器性能均匀，功耗低，成像型的热释电面阵有很好的应用前景。

　　随着相关信号处理器性能和可靠性的不断提高，热释电晶体己广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射传感器。

　　热释电传感器因其价格低廉、技术性能稳定而广泛应用于各种自动化控制装置中，既可作为红外激光的一种较理想的传感器，义可做成人体被动式热释电红外探头用于防盗报警、来告知及非接触开关等红外领域。