电子科技大学：《敏感材料与传感器 Sensitive Materials and Sensors》课程教学资源（课件讲稿）第六章 新型红外传感器 第2节 红外传感器分类及性能参数

986 二、红外传感器分类及性能参数 红外传感器（也称为红外探测器）：能将红外辐射能转换成电信号的光敏 器件；它是红外探测系统的关键部件，其性能好坏将直接影响系统性能的 优劣。 红外传感器分类 红外传感器的性能参数 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作

二、红外传感器分类及性能参数 Ø 红外传感器分类 Ø 红外传感器的性能参数 红外传感器（也称为红外探测器）：能将红外辐射能转换成电信号的光敏 器件；它是红外探测系统的关键部件，其性能好坏将直接影响系统性能的 优劣

二、红外传感器分类及性能参数 986 1.红外探测器分类 热敏电阻型 热电偶型 热探测器 热释电型 高莱气动型 外光电探测器 光子探测器 光电导探测器 光生伏特探测器 光磁探测器 电子科技大学敏感材料与传感器课程组 制作

二、红外传感器分类及性能参数 1. 红外探测器分类 热探测器 光子探测器 热敏电阻型 热电偶型 热释电型 高莱气动型 外光电探测器 光电导探测器 光生伏特探测器 光磁探测器

二、红外传感器分类及性能参数 986 1.红外探测器分类 (1)热探测器 ◆热探测器：利用入射红外辐射引起敏感元热敏材料的温度变化， 进而使相关物理参量发生相应变化；测量该物理参量的变化已确 定敏感元所吸收的红外辐射。 ◆主要优点：响应波段宽、可以在室温下工作、使用简单。 ◆缺点：响应时间较长、灵敏度较低，一般用于低频调制的场合。 ◆热探测器主要类型有：热敏电阻型、热电偶型、热释电型、高莱 气动型四种。 电子科技大学敏感材料与传感器课程组 制作

二、红外传感器分类及性能参数 1. 红外探测器分类 （1）热探测器 u热探测器：利用入射红外辐射引起敏感元热敏材料的温度变化， 进而使相关物理参量发生相应变化；测量该物理参量的变化已确 定敏感元所吸收的红外辐射。 u主要优点：响应波段宽、可以在室温下工作、使用简单。 u缺点：响应时间较长、灵敏度较低， 一般用于低频调制的场合。 u热探测器主要类型有：热敏电阻型、热电偶型、热释电型、高莱 气动型四种

二、红外传感器分类及性能参数 s /986 1.红外探测器分类 (1)热探测器一热敏电阻型红外传感器 发慕材料 电极引线 口工作原理：吸收红外辐射后热敏电阻温度升高 金电极 粘合胶 热嵌薄片 ,热敏材料的电阻率发生变化；检出这种变化 则可感知被探测目标红外辐射的强弱。 0.00 -Vo YVO-2 -0.02 导热著快 色10 (dul)p 如何设计一个 -0.04 热敏电阻型红外传感器结构 20304050.607080 高灵敏的热敏 Temperature(C) 电阻性红外传 ,热敏电阻型红外传感器主要由热敏 词 感器？ 电阻、红外吸收层、电极等构成 20304050607080 Temperature(C) 电子科技大学敏感材料与传感器课程组 制作

二、红外传感器分类及性能参数 1. 红外探测器分类 （1）热探测器—热敏电阻型红外传感器 热敏电阻型红外传感器结构 Ø 热敏电阻型红外传感器主要由热敏 电阻、红外吸收层、电极等构成 p工作原理：吸收红外辐射后热敏电阻温度升高 ，热敏材料的电阻率发生变化；检出这种变化 则可感知被探测目标红外辐射的强弱。 l 如何设计一个 高灵敏的热敏 电阻性红外传 感器？

二、红外传感器分类及性能参数 986 1.红外探测器分类 (1)热探测器一热电偶型红外传感器 ◆热电偶：由热电势差较大的两种金属材料（如铋/银、铜/康铜、铋/铋 锡合金等)构成的回路。 ◆原理：当红外辐射被热电偶回路的测温接点吸收后，接点温度升高； 而冷端处于较低的温度，则在闭合回路中将产生温差电势和温差电流 。 温差电势的大小，反映了接点吸收红外辐射的强弱。 EX(TTo A EAB(To) EAB(TTOD EAB(T) To 0 B - Eg(TTo) 电子科技大学敏感材料与传感器课程组 制作

二、红外传感器分类及性能参数 1. 红外探测器分类 （1）热探测器—热电偶型红外传感器 u热电偶：由热电势差较大的两种金属材料（如铋/银、铜/康铜、铋/铋 锡合金等）构成的回路。 u原理：当红外辐射被热电偶回路的测温接点吸收后，接点温度升高； 而冷端处于较低的温度，则在闭合回路中将产生温差电势和温差电流 。温差电势的大小，反映了接点吸收红外辐射的强弱

二、红外传感器分类及性能参数 986 1.红外探测器分类 (1)热探测器一热电偶型红外传感器 ◆利用温差电势现象制成的红外传感器称为热电偶型红外传感器，因其 时间常数较大，响应时间较长，动态特性较差，调制频率应限制在 10Hz以下。最大优势：制造成本低。 ◆实际应用中，往往将数个热电偶联起来组成热电堆来检测红外辐射的 强弱。 电子科技大学敏感材料与传感器课程组 制作

二、红外传感器分类及性能参数 1. 红外探测器分类 （1）热探测器—热电偶型红外传感器 u利用温差电势现象制成的红外传感器称为热电偶型红外传感器，因其 时间常数较大，响应时间较长，动态特性较差，调制频率应限制在 10Hz以下。最大优势：制造成本低。 u实际应用中，往往将数个热电偶联起来组成热电堆来检测红外辐射的 强弱

二、红外传感器分类及性能参数 s /986 1.红外探测器分类 (1)热探测器一热释电红外探测器 ◆热释电效应：随着温度 红外线 著离电简 Infrared Floating electric charge 变化，晶体因点阵结构上 温度变化 Temp change 的变化导致电荷中心相对 > ⊙ Q 位移，而发生极化强度变 ⊕ ④ ⊕ 极化变化 ⊕ Polarization change 化，从而使晶体表面束缚 温度稳定时 温度变化后 Thermal equilibrium condition Immediately after temp change 电荷密度发生改变，导致 T[K] T+△TN 对外放电。这种现象称为 △P=p·△T 热释电效应。 电子科技大学敏感材料与传感器课程组 制

二、红外传感器分类及性能参数 1. 红外探测器分类 （1）热探测器—热释电红外探测器 u热释电效应：随着温度 变化，晶体因点阵结构上 的变化导致电荷中心相对 位移，而发生极化强度变 化，从而使晶体表面束缚 电荷密度发生改变，导致 对外放电。这种现象称为 热释电效应

二、红外传感器分类及性能参数 /986 1.红外探测器分类 (1)热探测器一热释电红外探测器 ◆热释电红外探测器：当红外辐射照射到热释电晶体薄片上时，引起薄片温 度升高，基于热释电效应，热释电晶体“释放”一部分电荷。如果将负 载电阻与热释电晶体薄片相连，则负载电阻上便产生一个电信号输出。输 出信号的大小，取决于薄片温度变化的快慢，从而反映出入射的红外辐射 的强弱。 Top electrode Bottom electrode PZT film Isolation Wiring 电子料技大学敏感材料与传感器课程组 制作

二、红外传感器分类及性能参数 1. 红外探测器分类 （1）热探测器—热释电红外探测器 u热释电红外探测器：当红外辐射照射到热释电晶体薄片上时，引起薄片温 度升高，基于热释电效应，热释电晶体“释放” 一部分电荷。如果将负 载电阻与热释电晶体薄片相连，则负载电阻上便产生一个电信号输出。输 出信号的大小，取决于薄片温度变化的快慢，从而反映出入射的红外辐射 的强弱

二、红外传感器分类及性能参数 986 1.红外探测器分类 (1)热探测器一热释电红外探测器 ◆当恒定的红外辐射照射在热释电传感器上时，传感器没有电信号输出。 ◆必须对红外辐射进行调制（或称斩光），使恒定的辐射变成交变辐射，不 断引起传感器的温度变化，才能导致热释电产生，并输出交变的信号 0000 热释电红外探测器 光学斩波器 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作

二、红外传感器分类及性能参数 1. 红外探测器分类 （1）热探测器—热释电红外探测器 u当恒定的红外辐射照射在热释电传感器上时，传感器没有电信号输出。 u必须对红外辐射进行调制（或称斩光），使恒定的辐射变成交变辐射，不 断引起传感器的温度变化，才能导致热释电产生，并输出交变的信号 热释电红外探测器 光学斩波器

二、红外传感器分类及性能参数 986 1.红外探测器分类 (1)热探测器一高莱气动型红外传感器 ◆结构：气室以一个小管道与一块柔性薄片相连。薄片的背向管道一面是反射 镜。气室前面有低热容的吸收膜。室的另一边，一束可见光通过栅状光阑聚 焦在柔镜上，经柔镜反射回来的栅状图像又经过栅状光阑投射到光电管上。 ◆原理：红外辐射入射到吸收膜上，吸收 气室 柔 膜将吸收的热能传给气体，气体温升使 红外辐射 可见光源 气压增大、柔镜移动。当柔镜移动时， 栅状图像与栅状光阑发生相对位移，落 一反射镜 到光电管上的光量发生改变，光电管输 透红外窗日 吸收薄膜光图像光姗 光电子管 出信号发生改变。 ◆恃点：灵敏度高，性能稳定。但响应时间长，结构复杂、难以集成； 电子科技大学敏感材料与传感器课程组 制

二、红外传感器分类及性能参数 1. 红外探测器分类 （1）热探测器—高莱气动型红外传感器 u结构：气室以一个小管道与一块柔性薄片相连。薄片的背向管道一面是反射 镜。气室前面有低热容的吸收膜。室的另一边， 一束可见光通过栅状光阑聚 焦在柔镜上，经柔镜反射回来的栅状图像又经过栅状光阑投射到光电管上。 u原理：红外辐射入射到吸收膜上，吸收 膜将吸收的热能传给气体，气体温升使 气压增大、柔镜移动。当柔镜移动时， 栅状图像与栅状光阑发生相对位移，落 到光电管上的光量发生改变，光电管输 出信号发生改变。 u恃点：灵敏度高，性能稳定。但响应时间长，结构复杂、难以集成；