光電測(cè)試技術(shù)-紅外-在線瀏覽
2025-06-19 06:08本頁(yè)面
【正文】 紅外探測(cè)器 紅外探測(cè)器是紅外傳感器的核心 。 紅外探測(cè)器的種類很多 ， 按探測(cè)機(jī)理的不同 ， 分為熱探測(cè)器和光子探測(cè)器兩大類 。 熱探測(cè)器 當(dāng)紅外線輻射到熱探測(cè)器上后，探測(cè)器材料的溫度會(huì)上升，溫度的變化會(huì)引起某些物理特性相應(yīng)發(fā)生改變，利用測(cè)量這些物理特性的改變程度來(lái)確定紅外輻射的強(qiáng)弱，這樣的探測(cè)器稱為熱探測(cè)器。 右為電阻式熱探測(cè)器 (2)熱探測(cè)器工作原理 熱探測(cè)器是利用入射紅外輻射引起敏感元件的溫度變化，進(jìn)而使其有關(guān)的物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化，通過(guò)測(cè)量有關(guān)物理參數(shù)的變化可確定探測(cè)器所吸收的紅外輻射。 光子探測(cè)器 光子探測(cè)器是利用紅外線中的光子流射到探測(cè)器上后，和探測(cè)器材料中的束縛態(tài)電子作用后，引起電子狀態(tài)的變化，從而產(chǎn)生能逸出表面的自由電子，以此來(lái)探測(cè)紅外線。當(dāng)光子能量小于某一值時(shí)，就不能使束縛狀態(tài)電子變成載流子或能逸出材料表面的自由電子。一般采用光子探測(cè)器。光電子效應(yīng)有外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩種。利用這種效應(yīng)制成的探測(cè)器，稱之為光電探測(cè)器。 外光電效應(yīng)的兩個(gè)基本定律 1．光電發(fā)射第一定律 —— 斯托列托夫定律： 當(dāng)照射到光陰極上的入射光頻率或頻譜成分不變時(shí)，飽和光電流（即單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)目）與入射光強(qiáng)度成正比： Ik=SkF0 Ik：光電流 Sk：光強(qiáng) F0：該陰極對(duì)入射光線的靈敏度 2．光電發(fā)射第二定律 —— 愛(ài)因斯坦定律 光電子的最大動(dòng)能與入射光的頻率成正比，而與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)： Emax=(1/2)mυ2max=hν hν0=hν A Emax：光電子的最大初動(dòng)能。 ν0：產(chǎn)生光電發(fā)射的極限頻率，頻率閾值。 常用的光電探測(cè)器有光電二極管和光電倍增管。 光電二極管 光電倍增管 當(dāng)光照射到某些 半導(dǎo)體材料 上后，光子與半導(dǎo)體內(nèi)的電子作用后，會(huì)形成載流子，載流子會(huì)使半導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加，這種現(xiàn)象稱為 光電導(dǎo)現(xiàn)象 。常見(jiàn)的 光電導(dǎo)器件由硫化鉛、硒化鉛、銻化銦等材料制成。 在純凈半導(dǎo)體中，當(dāng)價(jià)電子受到熱或光子的 激發(fā)而跳到導(dǎo)帶后，在價(jià)帶中就留下了一個(gè)空穴，電子和空穴對(duì)材料導(dǎo)電率都有提高作用。 本征激發(fā) 為了使探測(cè)器能在較長(zhǎng)的波段工作，需要增大探測(cè)器的截止波長(zhǎng)。在阻擋層內(nèi)存在內(nèi)電場(chǎng) E，如果光照射在結(jié)附近，由光子激發(fā)而形成光生載流子，由于內(nèi)電場(chǎng)的作用，光生載流子的電子就會(huì)跑到 N區(qū)，而空穴就跑到 P區(qū)，這時(shí)在 PN結(jié)兩側(cè)就會(huì)出現(xiàn)附加電位差，這一現(xiàn)象稱為“ 光生伏特 ” 效應(yīng)。當(dāng)入射光子產(chǎn)生電子空穴對(duì)時(shí)，它們被外加磁場(chǎng)分開(kāi)形成電動(dòng)勢(shì)。但由于其靈敏度較前兩種低，故目前應(yīng)用較少。由于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和物理性能不同，以及光和物質(zhì)的作用條件不同，在光子作用下產(chǎn)生的載流子就有不同的規(guī)律，因而導(dǎo)致了不同的光電效應(yīng)。 A、光電發(fā)射效應(yīng) B、光 電 導(dǎo) 效 應(yīng) C、光生伏特效應(yīng) D、光 磁 效 應(yīng) BCD 二、探測(cè)器的主要特性參數(shù) 導(dǎo)引頭所用的探測(cè)器大部分都是光電導(dǎo)探測(cè)器和光生伏特探測(cè)器，由于它們都是光子探測(cè)器，所以又都稱為光敏元件。用這些參數(shù)可以區(qū)別一個(gè)光敏元件在應(yīng)用中的優(yōu)劣。 2．馳豫時(shí)間 馳豫時(shí)間是表征光敏元件對(duì)光照反映 快慢的物理量，是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用元件 時(shí)必須考慮的重要參數(shù)。 5．噪聲等效功率于探測(cè)度 ： 光敏元件存在著噪聲，噪聲限制了光敏元件對(duì)微弱信號(hào)的探測(cè)能力。 2．致冷的方法 目前對(duì) 紅外探測(cè)器的致冷 有多種方法，按照換 熱方式，可大體分為 : (1)利用低溫液體或氣體進(jìn)行對(duì)流換熱而致冷探測(cè)器。 (3)利用輻射散熱而致冷的輻射致冷器。 (5)其他。 紅外探測(cè)器的應(yīng)用 醫(yī)學(xué) 民航 激光束探測(cè) 軍用 在精確武器紅外制導(dǎo)、偵察、便攜式武器、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視、夜間目標(biāo)識(shí)別等領(lǐng)域有很大的應(yīng)用。 當(dāng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí)，便出現(xiàn)了目標(biāo)相對(duì)于系統(tǒng)測(cè)量基準(zhǔn)的偏離量，系統(tǒng)測(cè)量元件測(cè)量出目標(biāo)的 相對(duì)偏離量，并輸出相應(yīng)的誤差信號(hào)送入跟蹤機(jī)構(gòu)，跟蹤機(jī)構(gòu)便驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)量元件向目標(biāo)方 向運(yùn)動(dòng)，消除其相對(duì)偏離量，使測(cè)量基準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的跟蹤。紅外跟蹤系統(tǒng)與測(cè)角機(jī)構(gòu)組合在 一起，便組成紅外方位儀。 紅外跟蹤系統(tǒng)在導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。預(yù)警裝置中的紅外跟蹤系統(tǒng)，可對(duì)入侵的飛機(jī)和彈道導(dǎo)彈進(jìn)行捕獲和跟蹤，對(duì)其他測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)距系統(tǒng)實(shí)施引導(dǎo)，從而測(cè)量飛行
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