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  热探测器是用探测元件吸收入射辐射而产生热、造成温升,并借助各种物理效应把温升转换成电量的原理而制成的器件。最常用的有温差电偶、测辐射热计、高莱管、热电探测器。 一般来说，热探测器的接收元由于表面涂黑它的光谱响应是无选择性的，它只受透光窗口光谱透射特性的限制，因此主要应用于红外区和紫外区，但它的响应率较低、响应速度慢、机械强度低，近来由于热电探测器和薄膜器件的发展，上述缺点已有所改进。

　　简介

　　热探测器是用探测元件吸收入射辐射而产生热、造成温升，并借助各种物理效应把温升转换成电量的原理而制成的器件。最常用的有温差电偶、测辐射热计、高莱管、热电探测器。

　　一般来说，热探测器的接收元由于表面涂黑它的光谱响应是无选择性的，它只受透光窗口光谱透射特性的限制，因此主要应用于红外区和紫外区，但它的响应率较低、响应速度慢、机械强度低，近来由于热电探测器和薄膜器件的发展，上述缺点已有所改进。

　　温差电偶和温差电堆

　　温差电偶（热电偶）是利用温差电现象制成的一种器件，由两种能产生显着温差电的金属丝（如铜和康铜）或P型和N型半导体构成。把两种材料的一结点涂金黑（或铂黑）或覆盖上镀黑的薄片，以吸收辐射并引起温升，这一结点称为热端；而未加热的一端称为冷端。在热端和冷端有温差时，回路中会产生温差电动势，其数值与辐射量有关：

　　ε=p（T）ΔT。

　　式中ε为温差电动势值，p（T）为温度T时的温差电动势率，ΔT为吸收光产生的温差。

　　温差电堆（热电堆）是把若干个温差电偶串接而成，目的是显着地提高其响应率，其典型结构示于图1。 热探测器

　　测辐射热计

　　测辐射热计是利用热敏电阻构成的探测器。当热敏电阻吸收光（在红外区常称辐射）出现温升后会引起阻值的变化，如果用一负载电阻与热敏电阻串联并施加偏压，那么从负载电阻或热敏电阻上取出的输出电压的变化量与入射的光量有关。

　　常常把一对参量相同的热敏电阻密封在一起其中一个接受光照，然后利用桥式电路取出与光量相关的电信号。优点是减小了外界温度变化造成的影响。

　　热敏电阻可以是金属（铂、镍、金）的也可以是半导体的，前者线性比较好，后者响应率较大。也有利用低温半导体（掺杂Ga和In的Ge、Si）和低温超导材料的，它们噪声小、响应率高，可测很微弱的辐射或远红外辐射。

　　高莱管

　　是主要利用小容量的气体受热膨胀使柔镜变形的原理探测辐射的器件。它的原理示于图2。当辐射被薄膜吸收产生温升，气体受热膨胀，使镀银的柔镜弯曲。光源发出的光经光栅聚焦到柔镜上，经此镜反射回的光栅像再经过光栅投射到光电管上。当柔镜受压弯曲光栅像相对于光栅位移，使投射到光电管的光通量发生变化，光电管的输出信号的变化量反映出辐射量的大小。这种探测器时间响应慢，但能探测弱光，主要应用于光谱仪器中。

　　热电探测器

　　是利用居里点以下的热电晶体的自发极化强度与温度有关的原理制成的器件（见热电性）。当热（释）电晶体薄片吸收辐射产生温升时，在薄片极化方向产生电荷变化为

　　ΔQ=pTAΔT，

　　式中ΔQ为电荷变化量，pT为温度T 时的热释电系数， A为吸收辐射的表面的面积，ΔT为晶体的温升值。当用调制的辐射照射时晶体的温度不断变化， 电荷也随之变化，从而产生电流，它的数值与调制的辐射量有关。

　　在恒温下，晶体内部的电荷分布被自由电子和表面电荷中和，在两极间测不出电压。当温度迅速变化时，晶体内偶极矩会产生变化，产生瞬态电压，所以热（释）电探测器只能探测调制的辐射或辐射脉冲，它的响应时间快，可达纳（10-9）秒数量级，并能在常温下工作。此外它仅由晶体片镀以电极构成探测元，因此机械强度很高，克服了红外探测器容易损坏的缺点，响应的谱段从γ射线到亚毫米波，是目前发展最快的热探测器。 　热电探测器所用的材料主要有钛酸钡、硫酸三甘肽（TGS）、掺镧的锆钛酸铅（PLZT）、铌酸锂和铌酸锶钡。近年来也采用多晶、陶瓷和塑料，可按需要制成各种形状的探测器。

　　热探测器

　　红外线被物体吸收后将转变为热能。热探测器正是利用了红外辐射的这一热效应。当热探侧器的敏感元件吸收红外辐射后将引起温度升高，使敏感元件的相关物理参数发生变化，通过对这些物理参数及其变化的测量就可确定探测器所吸收的红外辐射。

　　热探测器的主要优点是：响应波段宽，响应范围为整个红外区域，室温下工作，使用方便。热探测器主要有 4 种类型：热敏电阻型、热电阻型、高莱气动型和热释电型。在这4 种类型的探测器中，热释电探测器探测效率最高，频率响应最宽，所以这种传感器发展得比较快，应用1范1围也最广。

　　在外加电场作用下，电介质中的带电粒子（ 电子、原子核等） 将受到电场力的作用，总体上讲，正电荷趋向于阴极、负电荷趋向于阳极，其结果使电介质的一个表面带正电、相对的表面带负电，把这种现象称为电介质的“电极化”。对于大多数电介质来说，在电压去除后，极化状态随即消失，但是有一类称为“铁电体”的电介质，在外加电压去除后仍保持着极化状态。

　　一般，铁电体的极化强度Ps（单位面积上的电荷） 与温度有关，温度升高，极化强度降低。温度升高到一定程度，极化将突然消失，这个温度被称为居里点，在居里点以下，极化强度Ps是温度的函数，利用这一关系制成的热敏类探测器称为热释电探测器。

　　热释电探测器的构造是把敏感元件切成薄片，在研磨成5-50μm 的极薄片后，把元件的两个表面做成电极，类似于电容器的构造。为了保证晶体对红外线的吸收，有时也用黑化以的晶体或在透明电极表面涂上黑色膜。当红外光照射到已经极化了的铁电薄片上时，引起薄片温度的升高，使其极化强度（单位面积上的电荷） 降低，表面的电荷减少，这相当于释放一部分电荷，所以叫热释电型传感器。

　　释放的电荷可以用放大器转变成输出电压。如果红外光继续照射，使铁电薄片的温度升高到新的平衡值，表面电荷也就达到新的平衡浓度，不再释放电荷，也就不再有输出信号。 这区别于其他光电类或热敏类探测器，这些探测器在受辐射后都将经过一定的响应时间到达另一个稳定状态，这时输出信号最大。而热释电探测器则与此相反，在稳定状态下，输出信号下降到零，只有在薄片温度的升降过程中才有输出信号。热释电型传感器常用于根据人体红外感应实现自动电灯开关、自动水龙头开关、自动门开关等领域。