【正文】 用的紅外傳感材料有 Ge、 Si、 PbS、HgCdTe、 InSb等 。而肖特基型是根據(jù)金屬與半導(dǎo)體接觸形成的肖特基勢(shì)壘隨光照而變化的原理制備的。PV型為一 PN結(jié)二極管 ,其耗盡層上由于光照射生成電子空穴對(duì) ,檢測(cè)由此產(chǎn)生的光電流 。 ? 光量子型傳感器可以分為光導(dǎo)（ PC）型、光電（ PV）型、光電磁（ PEM）型、肖特基（ ST）型。 圖 電路 ,使用時(shí)還需配接放大器 。 其結(jié)構(gòu)和電路如圖 。 因此 ,應(yīng)該用交流放大電路 。 經(jīng)高輸入阻抗的放大電路放大之后 ,可得到足夠大的電信號(hào) 。 光量子型是利用光電效應(yīng)制成的 ,因而與波長(zhǎng)有關(guān) 。 熱電型是指由于輻射熱引起元件溫度的微小變化 ,導(dǎo)致電阻一類(lèi)的物理量的變化 ,而達(dá)到測(cè)溫的目的 。 (～ 2)%。 為了能夠正確測(cè)量 ,還應(yīng)對(duì)被測(cè)對(duì)象的發(fā)射率進(jìn)行修正 。 ? 圖 圖 。 這樣就使得接收到的能量不可能是物體的全部輻射能 ,而只是部分輻射能 。 ? 透鏡對(duì)輻射光譜有一定的選擇性 ,例如光學(xué)玻璃只能透過(guò) ～ 長(zhǎng) ,石英玻璃只能透過(guò) ～ 。 ? 黑體的輻射規(guī)律之中 ,還有維恩位移定律 ,即輻射能量的最大值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng) λm隨溫度的升高向短波方向移動(dòng) ,用公式表達(dá)為 2898m mT??? () 利用以上各項(xiàng)特性構(gòu)成的傳感器 ,必須由透鏡或反射鏡將物體的輻射能會(huì)聚起來(lái) ,再由熱敏元件轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 。 雖然如此 ,輻射測(cè)溫方法可避免與高溫被測(cè)體接觸 ,測(cè)溫不破壞溫度場(chǎng) ,測(cè)溫范圍寬 ,精度高 ,反應(yīng)速度快 ,即可測(cè)近距離小目標(biāo)的溫度 ,又可測(cè)遠(yuǎn)距離大面積目標(biāo)的溫度 。 ? 一般物體都不是 “ 黑體 ” ,其發(fā)射率 εT不可能等于 1,而且普通物體的發(fā)射率不僅和溫度有關(guān)且和波長(zhǎng)有關(guān) ,即εT=εT(λK4。 ? 根據(jù)斯特藩 玻耳茲曼定律 ,將上式在波長(zhǎng)自 0到無(wú)窮大進(jìn)行積分 ,當(dāng) εT=1時(shí)可得物體的輻射能 40 () bbE T d T? ? ?? ?? () 此處 ,σb是黑體的斯特藩 玻耳茲曼常 數(shù) ,σb= 108WC2為第二輻射常數(shù)（第二普朗克常數(shù)） ,C2= 102 mC1為第一輻射常數(shù)（第一普朗克常數(shù)） ,C1= 1016 W 圖 雙光纖參考基準(zhǔn)通道法原理框圖 光源放大放大除 法 器光 源 激 勵(lì)參 考 光 纖測(cè) 量 光 纖探頭對(duì) 稱(chēng) 式 光 纖 探 測(cè) 器U1U0U2至 處 理 顯 示圖 雙光源參考基準(zhǔn)通道法原理框圖 LEDLEDG e A P D采 樣 保 持輸出?1?2?1?2探頭耦 合 器脈沖發(fā)生器?1?2247。 1176。該溫度計(jì)測(cè)溫范圍為 10～ 300176。InGaAsP,λ2=μm）交替地發(fā)出光脈沖 ,經(jīng)耦合器送入光纖探頭 ,每個(gè)光脈沖的寬度為 10ms。 ? 2） 雙光源參考基準(zhǔn)通道法 ? 圖 。 1176。這種溫度計(jì)測(cè)溫范圍為 40～ 120176。從圖中可看出 ,此方案與前一方案的區(qū)別在于增加了一條參考光纖及相應(yīng)的探測(cè)器。光源采用 GaAlAsLED,半導(dǎo)體吸收材料 CdTe或 GaAs作為測(cè)量元件。 ? 為了進(jìn)一步提高傳感器的穩(wěn)定性及抗干擾能力 ,并提高測(cè)量精度 ,可采用以下兩種方法 。 由此可見(jiàn) ,半導(dǎo)體透射光強(qiáng)隨溫度的增加而減少 。 半導(dǎo)體材料的光吸收 ,隨著吸收邊波長(zhǎng)變短而急劇增加 ,直到光幾乎不能透過(guò)半導(dǎo)體 。 在輸入光纖和輸出光纖之間夾一片厚度約零點(diǎn)幾毫米的半導(dǎo)體材料 ,并用不銹鋼管加以固定 ,如圖 (b)所示 。 利用半導(dǎo)體材料的光吸收與溫度的關(guān)系 ,可以構(gòu)成透射式光纖溫度傳感器 。 ? 圖 的溫度特性 ,從圖中可看出 ,半導(dǎo)體的禁帶寬度 Eg隨溫度 T增加近似線(xiàn)性地減小 。 圖 開(kāi)耳芬溫度計(jì) ＋－4 ~ 3 0 V5 0 0 ? AIC? A＋－圖 低溫測(cè)量溫度計(jì) ? A＋－5 0 0 ? A＋－－－＋＋I(xiàn) C 3圖 測(cè)量平均溫度的電路圖 ＋ ＋ ＋－ － －I C 3 1 . 5 m Am A＋－? ? 光纖的特征是對(duì)電 、 磁及其他輻射的抗干擾性好 ,而且細(xì) 、 輕 、 能量損失少 。 圖 聯(lián)電路時(shí)測(cè)量低溫度的電路圖 。 圖 溫度計(jì) （ 開(kāi)耳芬溫度計(jì) ） 。 取 R=358Ω,則可獲得靈敏度為 1μA/K的溫度傳感器 。 從圖中不難看出 : ? UBE1=UBE2。 圖 。 圖 IC溫度傳感器原理圖 。 選擇特性相同的兩個(gè)晶體管 ,則Ise1=Ise2,兩個(gè)晶體管的電流放大系數(shù)也應(yīng)相同 ,當(dāng)兩個(gè)晶體管的集電極電流分別為IC IC2時(shí) , 12ln CBECk T IUqI??（ ） ΔUBE經(jīng)后級(jí)放大器放大后 ,可使傳感器的輸出隨溫度產(chǎn)生 10mV/℃ 的變化量 。 ? IC溫度傳感器的設(shè)計(jì)原理是 ,對(duì)于集電極電流比一定的兩個(gè)晶體管 ,其 UBE之差 ΔUBE與溫度有關(guān) 。 C。 ? （ 5） 直線(xiàn)性很好 ,滿(mǎn)量程非線(xiàn)性偏離 :177。 C。 ? （ 3） 測(cè)量精度為 177。 ? （ 2） 檢測(cè)溫度范圍廣 (55～ 150176。 ? IC傳感器的基本特性如下： ? （ 1） 可測(cè)得線(xiàn)性輸出電流 （ 1μA/176。 這種傳感器 ,輸出特性的線(xiàn)性關(guān)系好 ,測(cè)量精度也比較高 ,使用起來(lái)方便 ,越來(lái)越受到人們的重視 。 T h y 2 0 1ZDMZ324R31 k ?R26 . 8 ?R18 . 2 k?C1R51 0 0 ?0 . 1 5 ? FC20 . 1 ? F5 0 WVSCR2AM4圖 全波式溫控電路 R51 5 0 k ?C30 . 1 ? FD3＋負(fù)載100 pFC5D1D2ZDT Thy） 導(dǎo)通致使可控硅管 （ SCR） V截止 ,從而達(dá)到控溫作用 。由于 RC電路的相移作用 ,流經(jīng) C1,R1,R2的電流相位較電源電壓超前 ,故可控硅管（ SCR） V從電源的零相位開(kāi)始導(dǎo)通 ,并向負(fù)載提供半波電功率 。Thy） 用于控溫的原理圖 。 ? 可控硅熱敏開(kāi)關(guān)元件具有溫度傳感和開(kāi)關(guān)兩種特性 ,開(kāi)關(guān)溫度可通過(guò)調(diào)整柵極電阻上的外加電壓進(jìn)行控制 ,導(dǎo)通狀態(tài)具有自保持能力 ,并能通過(guò)較大電流 。 當(dāng)溫度達(dá)到一定值 ,使a1+a2=1時(shí) ,元件即由截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)通狀態(tài) 。a1為空穴電流增長(zhǎng)率 ， a2為電子電流增長(zhǎng)率 ， IC0 為集電極截止電流 。 圖 UBE與 IC的溫度特性 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0 1 . 210－ 610－ 410－ 210102383 K355.8300.5255.2223.3176.8124.777.5UBE / VIC / ?A圖 晶體管體溫計(jì)原理圖及測(cè)溫輸出特性 ? A 7 4 83187642XII N VR41 5 0 k ?R17 k ?R21 M ?R56 8 0 k ?R31 0 0 k ?1 0 0 p F－ 7 VR62 M ?－ 7 V輸 出 電 壓D 8 1 1傳 感 三 極 管屏 蔽 線(xiàn)0 10 20 30 40 50－ 0 . 2－ 0 . 4－ 0 . 6－ 0 . 8－ 1 . 0溫度 / ℃輸出電壓 / V( a ) ( b )? 3)可控硅熱敏開(kāi)關(guān) ? 結(jié)型熱敏器件另一種類(lèi)型是利用可控硅元件的熱開(kāi)關(guān)特性制成的可控硅熱敏開(kāi)關(guān) ,是一種無(wú)觸點(diǎn)熱開(kāi)關(guān)元件 。 C的范圍內(nèi) ,輸出電壓變化 為 0～ 1V,測(cè)溫精度不低于 176。 圖 圖及其輸出特性 。 圖 硅二極管正向電壓的溫度特性 0 20 60 1 0 0 1 4 0 1 8 0 2 2 0 2 6 0 3 0 0FJ T10 00 (1 00 ? A)FD300( 100 ?A)FD200( 100 ?A)FD200( 10 ?A)溫度 / K正方向電壓 / V圖 二極管測(cè)溫電路 ＋－R1R2R3R4R5R6RfVRWVD? 2) 晶體三極管溫度傳感器 ? 根據(jù)晶體管原理 ,處于正向工作狀態(tài)的晶體三極管 ,其發(fā)射極電流和發(fā)射結(jié)電壓能很好地符合下面關(guān)系 ( 1 )BEqUkTE s eI I e??式中 ,IE為發(fā)射極電流 ,UBE為發(fā)射結(jié)壓降 ,Ise為發(fā)射結(jié)的 反向飽和電流 。 二極管測(cè)溫電路如圖 。 顯而易見(jiàn) , 在 40～ 300K之間有良好的線(xiàn)性 。B和 η為兩個(gè) 常數(shù) ,其數(shù)值與器件的結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān) 。 ? 1)晶體二極管 PN結(jié)熱敏器件 ? 根據(jù)半導(dǎo)體器件原理 ,流經(jīng)晶體二極管 PN結(jié)的正向電流 ID與 PN結(jié)上的正向壓降 UD有如下關(guān)系 DqUkTDsI I e? （ ） ? 式中 ,q為電子電荷量 ,k為玻耳茲曼常數(shù) ,T為絕對(duì)溫度 ,Is為反向飽和電流 。 C以下的溫度 。特別適合對(duì)電子儀器或家用電器的過(guò)熱保護(hù) ,也常用于簡(jiǎn)單的溫度顯示和控制 。 它與熱敏電阻一樣具有體積小 、 反應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn) 。圖 （ b） 電路的測(cè)溫范圍較大 ,而且對(duì) B常數(shù)一致性的要求也不嚴(yán)格 ,因?yàn)樗鼈兛梢杂?Rs來(lái)適當(dāng)調(diào)整 。 ? 圖 圖 。 C的高精度是很困難的 。 在溫度測(cè)量中 ,測(cè)量溫度的絕對(duì)值一般能測(cè)量到176。 ? 另外 ,考慮到自身加熱問(wèn)題 ,由于加在熱敏電阻上的電功率和阻值變化的關(guān)系為 ? 2()ThT h sUPRRR? ?() 圖 溫度和輸出功率特性 10501 0 00 50 1 0 0特性百分比 / ％圖 溫度與自身加熱電功率的特性 0 . 0 50 . 1 00 . 1 50 50 1 0 0橋 式 線(xiàn) 路 電 壓 : 1 . 4 VRs : 3 . 3 2 2 k?T / ℃電功率P / mW? 為了在較寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)線(xiàn)性化 ,可采用模擬電路參數(shù)設(shè)定法 : ? 把熱敏電阻傳感器接入圖 電路中的 RT位置上 ,則電路輸出電壓為 3112TREURRR?將 （ ） 式代入上式得 3101 2 011e x p [ ( ) ]REU R BR R T T??R1C1CRTR2R3RPU1E ( ＋ 5 V ) 圖 31122 1 4243555 4 3 5lnl n l n1exp ( )26TTsxTTssofTTR R UU E U UR R I RUUU U U UI R I RU U U U R UUkTU m Vq? ? ?? ? ? ?? ? ? ???聯(lián)立以上各式及（ ）式 (（改寫(xiě)為 0011( e x p [ ( ) ] )TTR R B TT??解得 63501 2 4 0l n l nxo f sT T T T T