熱釋電攝像管

利用熱釋電材料作為靶材的攝像管熱釋電攝像管01的發(fā)展的結(jié)構(gòu)的工作特點(diǎn)熱釋電效應(yīng)的原理的工作方式的應(yīng)用目錄0305020406基本信息熱釋電攝像管是利用熱釋電材料作為靶材的攝像管，它是一種可以工作在紅外光頻譜區(qū)的熱成像器件，所以是一種紅外攝像管，其工作波段為8um~14um，也稱為熱電視像管。的發(fā)展的發(fā)展鐵電體攝像管的歷史開始于1963年，是由法國(guó)南希大學(xué)的Hadni提出的。他在一個(gè)工作在介電模式的攝像管里使用了硫酸三甘鈦（TGS）。為了得到好的靈敏度，晶體必須保持在49.2攝氏度的居里溫度附近。在居里溫度下介電常數(shù)可以從變化到。LeCarvennee在研究把TGS靶用于電子束掃描的熱成像攝像管時(shí)應(yīng)用了這個(gè)原理（1969年），他利用一邊是金屬電極，另一邊是電子束在TGS靶上建立了一個(gè)電壓。工作在介電模式下會(huì)存在以下問題：要制造出具有相同的居里溫度和極化曲線的大晶體切片，以及在靶面區(qū)域上保持一定的提升溫度都是很難實(shí)現(xiàn)的；太接近居里溫度工作會(huì)使電疇產(chǎn)生隨機(jī)改變。1972年Charles和LeCarvennee在一個(gè)密封管里得到了5攝氏度的溫度分辨率。Pel’ta等人于1968年研制出另外一個(gè)建立在介電模式上的晶體管。1963年Astheimer申請(qǐng)了熱釋電攝像管的第一個(gè)專利。它是建立在運(yùn)用返回電子束正析模式的復(fù)雜機(jī)理上的，但沒有得到實(shí)現(xiàn)。1968年Tompsett提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的工作在真正的熱釋電模式下的熱成像攝像管。熱釋電效應(yīng)的原理熱釋電效應(yīng)的原理熱釋電效應(yīng)是少數(shù)介質(zhì)晶體所特有的一種性質(zhì)：這種晶體在沒有外加電場(chǎng)和應(yīng)力的情況下，具有自發(fā)的或永久的極化強(qiáng)度，而且這種極化強(qiáng)度隨晶體溫度的變化而變化，溫度升高時(shí)極化強(qiáng)度降低，溫度降低時(shí)極化強(qiáng)度反而升高，這種變化導(dǎo)致在垂直于極化強(qiáng)度方向（極化軸）的晶體外表面上極化電荷的變化，其結(jié)果是在晶體兩端出現(xiàn)隨溫度變化的開路電壓。這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)，是熱電效應(yīng)的一種，這種極性晶體稱為熱電體。熱電體產(chǎn)生的電壓只于材料溫度的變化有關(guān)，而與材料本身的溫度高低無關(guān)；而熱敏材料如熱電偶、熱敏電阻等的特性則取決于材料本身溫度的高低。熱電探測(cè)器主要用于紅外線、軟X射線和激光的測(cè)量，紅外攝像管即其重要應(yīng)用之一。目前最常用的適合紅外攝像管的熱釋電材料主要有硫酸三甘鈦（TGS）、鉭酸鋰（LT-LiTaO3）和鈮酸鍶鋇（SBN）3種

。如果以熱釋電材料作靶材，攝像管的信號(hào)板和掃描靶面正好處于熱電晶體極化軸的兩個(gè)垂直晶上，當(dāng)有強(qiáng)度變化的紅外輻射圖像入射靶面時(shí)，在靶的掃描面上就會(huì)積累電荷，產(chǎn)生電位起伏，而且該電位高低與入射圖像的紅外輻射強(qiáng)度的變化，即靶材的溫度變化成正比，在電子束掃描靶面時(shí)，把靶電位降到陰極電位，同時(shí)從信號(hào)板產(chǎn)生熱圖像的視頻信號(hào)輸出。的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖1-1熱釋電攝像管結(jié)構(gòu)示意圖熱釋電攝像管與光電導(dǎo)視像管在結(jié)構(gòu)上類似，只是以熱釋電靶代替了光電導(dǎo)靶（圖1-1所示），所以它也可以稱做熱釋電視像管。熱釋電攝像管主要包括兩個(gè)部分：由換能元件組成的光學(xué)成像面，稱為靶面；電信號(hào)掃描讀出機(jī)構(gòu)，稱為電子槍。熱釋電攝像管的靶一般厚30um~50um，它的極化軸垂直于表面，表面經(jīng)拋光后蒸鍍金屬（鎳、鉻或金）透明導(dǎo)電層作為信號(hào)板，信號(hào)板面對(duì)一般由鍺制成的紅外光輸入窗，靶的另一面作為掃描面，并鍍有保護(hù)層，其作用是防止靶收到離子的侵蝕作用，以改善輸出信號(hào)的均勻性和延長(zhǎng)靶的壽命。的工作方式的工作方式1、攝全景式攝像時(shí)將攝像機(jī)相對(duì)被攝景物作平移運(yùn)動(dòng)或原地轉(zhuǎn)動(dòng)。2、調(diào)制式在攝像管前方安置機(jī)械調(diào)制器，該調(diào)制器周期地截止輸入輻射兩種方式的對(duì)比為：攝全景式，使用方便，所成像沒有斑紋，但會(huì)產(chǎn)生熱像的位移，要在電路中進(jìn)行補(bǔ)償；調(diào)制式，熱像和視場(chǎng)是穩(wěn)定的，但每幀的電極性會(huì)發(fā)生交替變化，需要增加倒像處理電路。的工作特點(diǎn)的工作特點(diǎn)熱釋電攝像管的工作過程則與光電導(dǎo)視像管有根本區(qū)別，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。1、靶面電荷圖像的閱讀。由于熱釋電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷是可正可負(fù)的，這取決于靶面溫度是升高還是降低，而掃描電子束中的電子只帶有負(fù)電荷。這樣，如果靶面上積累的是負(fù)電荷，再加上電子束掃描時(shí)上靶的電子，就有可能使靶面電位下降到低于陰極電位，電子就不能再繼續(xù)上靶，也就無法產(chǎn)生信號(hào)輸出。因此，必須要有一個(gè)正的偏壓作為基底，使得靶面溫度不論是上升還是下降，靶面電位不論如何變動(dòng)，始終是正電位。2、入射熱圖像的調(diào)制。前已指出，熱釋電靶的電荷極積累是靠靶的溫度變化產(chǎn)生的，如果溫度不變，則電子掃描過后原來積累的電荷圖像被擦除后，就不能再產(chǎn)生新的圖像了，這是熱釋電攝像管的另一特殊問題。為了能獲得連續(xù)的圖像輸出，必須對(duì)熱釋電攝像管的入射圖像進(jìn)行調(diào)制，使其紅外輻射不斷發(fā)生變化，從而靶溫也不斷變化，使圖像得以不斷再生。的應(yīng)用的應(yīng)用在實(shí)際應(yīng)用中，往往會(huì)要求觀測(cè)景物的熱圖像，比如集成電路和電纜接頭的局部過熱，機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、糧食倉(cāng)庫(kù)等的發(fā)熱情況等；在軍事上，敵人的飛機(jī)、軍艦和任何機(jī)動(dòng)裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)都是熱源，由此可以觀察敵情；在醫(yī)學(xué)上，利用熱圖像可以觀測(cè)人體表面溫度的微小差異，進(jìn)行癌變?cè)\斷；在科學(xué)