熱釋電陶瓷的應用課件

熱釋電陶瓷邱海龍熱電效應將兩根不同的金屬導線分別連接起來，一端加熱，一端冷卻，那么在導線中將產生電流。當電流流過兩根不同導線的兩個接頭時，則一個接頭放熱，另一個接頭吸熱。另外，在一段均勻的導線上，只要溫差存在，也會有電動勢發(fā)生。這些就是金屬的熱電效應。半導體受熱時，由于熱激發(fā)載流子增多，使其導電能力增大，電阻下降。如果兩種不同的半導體兩端相互連接成回路，當回路兩端保持溫度不同，在回路中就會產生一個電動勢。這種情況稱為半導體的熱電效應。熱釋電效應當一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產生數(shù)量相等而符號相反的電荷，這種由于熱變化產生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋電效應。

熱釋電效應形成原理通常，晶體自發(fā)極化所產生的束縛電荷被來自空氣中附著在晶體表面的自由電子所中和，其自發(fā)極化電矩不能表現(xiàn)出來。當溫度變化時，晶體結構中的正負電荷重心相對移位，自發(fā)極化發(fā)生變化，晶體表面就會產生電荷耗盡，電荷耗盡的狀況正比于極化程度。熱釋電陶瓷

人們發(fā)現(xiàn)某些鐵電陶瓷經過極化以后具有很好的熱釋電特性，例如鈦酸鉛陶瓷、鋯鈦酸鉛陶瓷（ＰＺＴ）等。熱釋電陶瓷的應用熱釋電陶瓷主要用于探測紅外輻射，遙測表面溫度和熱再生熱釋電熱機等方面。紅外輻射探測已廣泛地應用于工業(yè)和空間技術等輻射計、光譜儀、紅外激光探測、熱成像管、火山爆發(fā)預報以及地球資源的遙測等。隨著微機信息系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的應用，熱釋電陶瓷用作治療、民用和安全防護等方面的傳感器。這種傳感器在室溫下作為無角點溫度傳感器向微機、控制系統(tǒng)提供信號。如用做斷路器、富溫補償器、建筑物和電梯中使用的進出感應器、火災報警器、大氣環(huán)境監(jiān)測器、控測物體位置的感應元件、控測人體溫度分布的成像元件、有關物質的紅外線輻射計數(shù)和溫度變化測定等元件。紅外傳感器熱釋電傳感器由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個表面做成電極，當傳感器監(jiān)測范圍內溫度有ΔT的變化時，熱釋電效應會在兩個電極上會產生電荷ΔQ，即在兩電極之間產生一微弱電壓ΔV。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個場效應管進行阻抗變換。熱釋電效應所產生的電荷ΔQ會跟空氣中的離子所結合而消失，當環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，ΔT=0，傳感器無輸出。當人體進入檢測區(qū)時，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產生ΔT，則有信號輸出；若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測人體或者動物的活動。紅外傳感器傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋電元件PZT、場效應管FET等組成。其中，濾光片設置在窗口處，組成紅外線通過的窗口。濾光片為6mm多層膜干涉濾光片，對太陽光和熒光燈光的短波長（約5mm以下）可很好濾除。熱釋電元件PZT將波長在8mm~12mm之間的紅外信號的微弱變化轉變?yōu)殡娦盘?，為了只對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅耳濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。紅外傳感器菲涅耳透鏡把紅外光線分成可見區(qū)和盲區(qū)，同時又有聚焦的作用，使熱釋電人體紅外傳感器

(PIR)

靈敏度大大增加。菲涅耳透鏡作用一是聚焦作用，將熱釋的紅外信號折射（反射）在PIR上；二是將檢測區(qū)內分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入檢測區(qū)的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產生變化熱釋紅外信號，這樣PIR就能產生變化電信號。

熱釋電陶瓷的未來

熱電成象器件目前，熱釋電也可制成探測器陣列，已有320240像敏元的熱釋電熱成象系統(tǒng)上市，主要用于紅外攝像機。另一類熱電探測器是碲鎘汞（CMT）器件，這也是一種熱成象器件，可以單元使用，也可以線陣或面陣使用，具有極高的靈敏