了解一下紅外氣體傳感器的熱釋電材料是什么吧

更新時間：2020-07-01

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　　隨著紅外光學(xué)材料及微電子封裝技術(shù)的發(fā)展，紅外氣體傳感器在其封裝上固定安裝有針對不同氣體的窄帶干涉濾光片。通過使用固定有不同波長濾光片的的紅外傳感器，可以實(shí)現(xiàn)對不同氣體的測量。

　　熱釋電材料是一種具有自發(fā)極化的電介質(zhì)，它的自發(fā)極化強(qiáng)度隨溫度變化，可用熱釋電系數(shù)p來描述，p=dP/dT(P為極化強(qiáng)度，T為溫度)。

　　在恒定溫度下，材料的自發(fā)極化被體內(nèi)的電荷和表面吸附電荷所中和。如果把熱釋電材料做成表面垂直于極化方向的平行薄片，當(dāng)紅外輻射入射到薄片表面時，薄片因吸收輻射而發(fā)生溫度變化，引起極化強(qiáng)度的變化。

　　而中和電荷由于材料的電阻率高跟不上這一變化，其結(jié)果是薄片的兩表面之間出現(xiàn)瞬態(tài)電壓。若有外電阻跨接在兩表面之間，電荷就通過外電路釋放出來。電流的大小除與熱釋電系數(shù)成正比外，還與薄片的溫度變化率成正比，可用來測量入射輻射的強(qiáng)弱。

　　熱釋電型紅外氣體傳感器都是用硫酸三甘酞(TGS)和鉭酸鋰 (LiTaO3)等優(yōu)質(zhì)熱釋電材料(p的數(shù)量級為10-8C/Kcm2)的小薄片作為響應(yīng)元，加上支架、管殼和窗口等構(gòu)成。它在室溫工作時，對波長沒有選擇性。

　　熱電堆的結(jié)構(gòu)輻射接收面分為若干塊，每塊接一個熱電偶，把它們串聯(lián)起來，就構(gòu)成熱電堆。按用途不同，實(shí)用的熱電堆可以制成細(xì)絲型和薄膜型，亦可制成多通道型和陣列型器件。帶紅外帶通濾波器的傳感器應(yīng)用于紅外吸收氣體探測。

　　熱釋電和熱電堆型紅外探測器的根本區(qū)別在于，后者利用響應(yīng)元的溫度升高值來測量紅外輻射，響應(yīng)時間取決于新的平衡溫度的建立過程，時間比較長，不能測量快速變化的輻射信號。

　　而熱釋電型探測器所利用的是溫度變化率，因而能探測快速變化的輻射信號。這種探測器在室溫工作時的探測率可達(dá) D≈1~2×109厘米·赫/瓦。70年代中期以來，這種探測器在實(shí)驗(yàn)室的光譜測量中逐步取代溫差電型探測器和氣動型探測器。

　　利用這些窗口濾波紅外探測器，不用進(jìn)行分光，從而可以直接測量對應(yīng)濾波片波段也即相應(yīng)氣體吸收波段的紅外光強(qiáng)度，這樣的氣體傳感器成為非分光紅外(NDIR)氣體傳感器。