红外检测第三章.docx
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红外检测第三章
第三章红外探测器
3.1红外探测器
所有的红外探测系统都有红外探测器,红外探测器是红外系统的心脏。
为了更好地理解红外检测的结果,必须了解红外探测器。
在红外技术的发展过程中,每一种性能良好的新型红外探测器的出现,都大大促进了红外技术的发展,有力地推动着红外科学的进步。
红外技术的发展与红外辐射探测方法和探测系统的发展密切相联。
3.1.1概述
在历史上,正是借助于温度计这种最原始的红外探测手段,人们发现了红外辐射的存在。
但是,由于缺乏灵敏的探测器件,致使在红外辐射发现之后约30年间,对红外辐射的认识一直十分肤浅。
1830年出现了温差热电偶,尔后于1833年由多个热电偶制成热电堆,其灵敏度比最好的温度计高40倍。
19世纪80年代出现了高
灵敏的测辐射热计,它比热电堆的灵敏度又提高30倍。
利用这些灵敏的红外探测器所获得的定量数据,人们才逐渐确立了红外辐射的基本定律。
现代红外技术的发展,依赖于20世纪40年代光子探测器的问世。
实用的第一个红外探测器是第二次世界大战中德国制成的PbS探测器,后来又出现了其他铅盐器件,如PbTe等。
在
20世纪50年代后期,研制出InSb探测器,这些本征型器件的响应波段局限于8um以内。
为扩大波段范围,发展了多种掺杂非本征型器件,其响应波段伸展到150um以上。
最近30年来,红外探测器最重要的进展是研制成功了以HgCdTe为代表的三元化合物器件。
到20世纪60年代末,三元化合物单元探测器基本成熟,其探测率已接近理论极限水平。
20世纪70年代发展了多元线列红外探测器,20世纪80年代英国又研制出一种:
新颖的扫积型HgCdTe器件,它将探测功能和信号延时、叠加和电子处理功能合为一体。
近年来,红外焦平面阵列技术的研究已成为各国的发展重点,这种器件可在芯片上封装成千上万个探测器,同时又能在焦平面上进行信号处理,因此用它可制成凝视型红外系统。
红外探测器是将红外辐射能转化为可测信号(一般是电信号)的装置,根据对辐射响应方式的不同,红外探测器分为热探测器和光子探测器两大类。
热探测器的工作原理是:
红外辐射照射探测器灵敏面,使其温度升高,导致某些物理性质发生变化,对它们进行测量,便可确定入射辐射功率的大小。
对于光子探测器,当吸收红外辐射后,引起探测器灵敏面物质的电子态发生变化,产生光子效应,测定这些效应,便可确定人射辐射的功率。
在热探测器中,热释电探测器的灵敏度较高,响应时间较快,而且坚固耐用。
而光子探测器灵敏度更高,比热释电器件约高两个数量级。
但光子器件需要制冷,截止波长越长,制冷温度就越低,例如3~5um的本征型器件需制冷到193K,8~14um的器件需制冷到77K,而杂质型器件则需在更低温度下工作。
常见的红外探测器见表3-1。
表3.1常见的红外探测器
对红外探测器的一般要求是:
①探测率要尽可能高,以便提高系统灵敏度,保证达到要求的探测距离;②工作波段最好与被测目标温度(热辐射波段)相匹配,以便接收尽可能多的红外辐射能;③探测元仵的制冷要求不能高,以便系统小型轻便化,最好能采用高水平的常温探测元件;④探测器工作频率要尽可能高,以便适应系统对高速目标的观测;⑤探测器本身的阻抗与前置放大器相匹配。
基于以上要求,在具体选用探测器时要依据以下原则:
①根据目标辐射光谱范围来选取探测器的响应波段;②根据系统温度分辨率的要求来确定探测器的探测率和响应率;③根据系统扫描速率的要求来确定探测器的响应时间;④根据系统空间分辨率的要求和光学系统焦距来确定探测器的接收面积。
3.1.2红外探测器的特性参数
描述一个红外探测器的性能可以用许多参数,但是,最基本的是三个方面的指标:
对辐射的探测能力、响应的波长范围和响应速度。
其中探测能力包含两个方面的涵义:
单色辐射功率入射到探测器能够产生多大的信号以及探测器能够辨识的最微弱信号小到什么程度。
下面就来讨论这些基本的性能指标。
(1)探测器阻抗和响应度探测器阻抗是探测器的一个重要内部参数,由欧姆定律,探测器阻抗Z定义为
(3.1)
当探测器阻抗与探测器前置放大器的输人阻抗相等时,可以获得最大输出,而红外探测器的输出信号一般很微弱,所以为了获得最大输出,探测器阻抗的设计就很重要。
探测器的响应度定义为探测器输出信号均方根电压V或电流I与入射到探测器上的均方根辐射功率P之比,记为R,单位为V/W或A/W,即
(3.2)
(3.3)
(2)光谱响应一般情况下,沿探测器表面响应度是不均匀的,另外响应度还与辐射波长
和激励频率f有关,所以
(3.4)
探测器响应与输人信号频率之间的关系可以用图3.1表示。
采用单色辐射源(波长
),则测得的是光谱响应度,记为
,其在某波长处响应最大,叫作峰值响应度,记为Rmax。
(3)频率响应与响应时间探测器频率响应的截止频率
定义为幅值下降为比峰值小3dB时的频率,如图3.1所示。
其倒数为响应时间,用
表示。
(3.5)
图3.1探测器响应与输入信号频率之间的关系曲线
探测器的频率响应决定了其最大可能工作带宽,也就是可以响应变化多快的输入信号。
(4)噪声等效功率探测器的探测能力除取决于响应度外,还决定于探测器本身的噪声水平。
显然,响应度越大、噪声越低的探测器,能探测出来的辐射功率越微弱。
因此,任何探测器都有一个由其本身噪声决定的可探测功率阈值,当辐射功率低于该阈值时,输出信号被淹没在噪声之中。
这个最小可探测的功率阈值,或者叫作最小可探测功率,称为噪声等效功率。
噪声等效功率定义为:
投射到探测器响应平面上的红外辐射功率所产生的电输出信号正好等于探测器本身的均方根噪声电压(或电流)时的辐射功率值,以NEP表示。
上述定义表明,噪声等效功率就是为使探测器产生输出信噪比为1所必须入射的红外辐射功率,即
(3.6)
(5)噪声等效温差(NETD)常常用噪声等效温差而不是噪声等效功率来描述探测器的性能。
噪声等效温差定义为使探测器产生信噪比为1的输出的黑体的温度差别。
噪声等效温差取决于光学系统的F数及像元尺寸大小。
如测微辐射热计的噪声等效温差约为50mK,而InSb的噪声等效温差约为20mK。
(6)探测率D用NEP基本上能描述探测器的性能,但是,一方面由于它是以探测器能探测到的最小功率来表示的,NEP越小表示探测器的性能越好,这与人们的习惯不一致;另一方面,由于在辐射能量较大的范围内,红外探测器的响应率并不与辐照能量强度成线性关系,从弱辐照下测得的响应率不能外推出强辐照下应产生的信噪比。
为了克服上述两方面存在的问题,引入探测率D,它被定义为NEP的倒数,探测率D表示辐照在探测器上的单位辐射功率所获得的信噪比。
(3.7)
这样,探测率D越大,表示探测器的性能越好,所以在对探测器的性能进行相互比较时,用探测率D比用NEP更合适些。
D的单位为W-1。
探测率与辐射波段、接收系统带宽、探测器温度及其敏感面积都有关系,为了可以对不同的探测器进行对比,引入单位敏感面和单位波长范围的探测率D,单位是W-1·cm·Hz1/2。
(7)信号衰减除了以上性能参数外,探测器还要受到性能衰减的影响,主要有:
漂移、老化和噪声。
漂移是指输出信号在平均值附近的波动,波动的频率很低,主要由温度变化、输入波动引起。
老化是指探测器在长时间工作后性能的衰减。
3.1.3噪声
所有的测量系统都要受到噪声的影响。
噪声涉及的范围非常广泛,这里主要讨论的是电子噪声,详细内容可以参考其他书籍。
基本噪声定义为由于微观粒子所引起的物理量自然涨落,人们既不能精确地预见它在下一瞬间的大小也不能完全排除它的存在。
噪声是一种随机量,它遵从统计规律,我们可以用统计方法来处理噪声问题。
红外系统所能探测到的微弱红外辐射信号受到一种“无规起伏”的限制,当辐射弱到所引起探测器的输出信号小到这种“无规起伏”的程度时,就无法辨别出输出信号,也就是说一个红外探测系统所能探测到的最低红外辐射能量受到这种称为噪声的无规起伏的限制。
红外系统的灵敏度越高,就越能发现微弱的红外辐射。
在红外系统中,基本噪声主要来源于诸如物体、大气等背景的红外辐射,红外探测器的噪声以及电子线路的固有噪声。
绝大部分探测器都是利用半导体的各种效应将辐射能转变为电信号,半导体中载流子的浓度起伏和运动起伏使探测器产生噪声。
放大器中使用的电子器件多数是由半导体制成的,也会产生噪声。
背景辐射噪声是由背景辐射的光子无规则到达探测器所引起的。
在红外系统和其他元件中主要有六种基本噪声:
①热噪声;②散粒噪声;③产生-复合噪声;④光子噪声;⑤温度噪声;⑥1/f噪声。
一个红外探测系统的噪声越小,可探测到的微弱信号就越小,因此,讨论研究噪声的目的主要是在认识、分析噪声的基础上,使系统(含探测器)的噪声降低到最小程度,以使探测系统达到最佳工作性能。
(1)热噪声任何处于绝对零度以上的导体,其内部电子都在做随杌运动,每个电子携带1.59×10-19C的电荷。
所以,由于材料中电子的随机运动,将形成很多小的电流脉冲起伏。
虽然导体中由于这种运动产生的平均电流为零,但是瞬时电流起伏还是存在的,就是这种起伏在导体两端产生了噪声电压。
例如热敏电阻红外探测器的主要噪声来源于热噪声。
由于电子无规热运动的均方速率与热力学温度成正比,所以称这样产生的噪声为热噪声。
1927年贝尔电话实验室的J.B.约翰逊(Johnson)首先观察到热噪声的存在。
次年H.奎斯特(Nyquist)作了理论分析。
因此,热噪声也叫约翰逊噪声或奎斯特噪声。
负载电阻R的热噪声电流为
(3.8)
式中,k为玻耳兹曼常数;△f为探测器工作带宽。
由此可以看出:
①热噪声是白噪声,即单位带宽的热噪声功率与频率无关,是一个常数。
当其他条件相同时,从100~101Hz带宽内的热噪声功率等于从1000~1001Hz内的热噪声功率。
②冷却探测器可以降低热噪声。
为了对电子系统进行噪声分析,我们可以把产生热噪声的每个元件等效于一个噪声电压源串联一个无噪声电阻R组成的电路来表示,如图3.2所示,或看作由一个噪声电流源并联一个无噪声电阻R来代替,如图3.3所示。
究竟是采用电压源噪声等效电路还是电流源噪声等效电路,视计算方便而定。
(2)散粒噪声荷电粒子的随机起伏形成的噪声称为散粒噪声。
散粒噪声在真空器件和半导体器件中都存在。
在真空二极管中,每个时间间隔内从阴极到阳极的电子数,或在半导体p-n结中穿过过渡区的载流子数,都围绕一平均值上下起伏,这种起伏引起的均方噪声电流即为散粒噪声。
它好比打在靶子上的子弹在不同的
瞬间时而密集,时而稀少。
图3.2电压源和无噪声电阻串联图3.3电流源和无噪声电阻并联
若通过探测器的电流为I,则在带宽△f内的散粒噪声电流的均方根值为
(3.9)
相应的均方噪声电压为
(3.10)
散粒噪声对辐射探测来说总是存在的,显然,散粒噪声也是白噪声。
当入射辐射很微弱甚至可以忽略时,热噪声是主要的。
(3)电流噪声事1/f噪声许多半导体器件在有电流流过时,往往产生电流噪声。
与热噪声和散粒噪声不同,这种噪声与频率有关。
光导探测器工作时需加偏流,流过探测器的电流不是纯粹的直流,而是在直流上叠加着一些微小的电流起伏。
这些微小的电流起伏随时都在变化,这就形成了噪声。
实验发现这种噪声的大小与探测器尺寸、流过的电流、工作频率和带宽等因素有关,这种噪声被称为电流噪声。
尽管在不同情况下电流噪声的起因仍有不同的解释,但却有相近的共同规律,即电流噪声的均方噪声电流与频率成反比,所以电流噪声往往又叫1/f噪声。
对于许多半导体光子探测器而言,在低频时,这种噪声往往能够成为限制性噪声。
这种在低频起主要作用且与频率有关的噪声有不同的名称,如电流噪声、接触噪声、过剩噪声、1/f噪声和调制噪声等,它们的噪声电流的均方值近似地依赖于频率的倒数1/fn,n值在0.9和1.35之间。
(4)产生-复合噪声光子红外探测器基本上是由半导体材料制成的。
载流子的寿命也不是绝对相同的,而是有长有短,造成载流子复合的起伏。
载流子的产生及复合的随机性,使载流子数目围绕平均值有起伏,载流子数目的起伏也导致电导率的起伏。
当器件加偏压时,又必引起电流和电压的起伏,这就是产生-复合噪声。
产生-复合噪声的经验表示式为
(3.11)
式中
——常数;
——特征频率;
I——流过探测器的电流。
若材料电阻为R,则产生-复合噪声的噪声电压为
(3.12)
产生-复合噪声存在一个特征频率凡f0=1/(2t),当频率f 在中间频率范围内,产生-复合噪声是光电导型红外探测器的主要噪声机制。 综合实验数据,均方噪声电流可表示为 (3.13) 式中 ——探测器的长度; A——探测器的横截面积; α——常数,α≈2; ----常数, ≈1; k1——比例常数; C1—--常数,与材料本身有关,与材料尺寸无关; I——流过探测器的电流。 半导体噪声频谱如图3.4所示,从曲线可以看出有三个明显的区间。 在高频部分,以热噪声为主;在低频部分,对于大多数半导体而言,电流噪声是主要的,具有1/f的频率依赖关系;在中间频率部分,产生-复合噪声起主要作用,它有一特征频率f,当频率低于f0时,与频率无关,当频率高于fo时,随着频率的增加噪声下降,逐渐过渡到热噪声。 图3.4半导体噪声频谱 (5)温度噪声由于探测器温度的无规起伏或热量从探测器向周围传递速率的起伏所引起的噪声称为温度噪声。 原则上所有探测器都可能有工作温度起伏,因可存在温度噪声,但只是对各种热探测器,噪声才可能成为性能的限制性噪声。 这是因为各种热探测器都是根据响应元的温度变化并转变为电信号来探测辐射的。 所以,探测器自身的温度起伏(因而产生的温度噪声)必然限制了所能测量的最小入射辐射功率。 此外还有放大器的噪声、背景的辐射噪声等。 3.2热探测器 热探测器是根据人射辐射的热效应引起探测材料某一物理性质变化并进而转换为输出信号变化的一类探测器。 物体吸收辐射使其温度发生变化从而引起物体的物理、机械等性能相应变化的现象称为热效应。 探测材料因吸收入射红外辐射温度升高,可以产生温差电动势、电阻率变化、自发极化强度变化等,测量这些物理性质的变化就能够测量被吸收的红外辐射功率。 热探测器利用了辐射引起的物体热效应,其响应与辐射波长无关,因此,它对任何波长的辐射都有响应,所以称热探测器为无选择性探测器。 如果想对特定波段进行响应,需要在热探测器前加一滤波片将不需要的辐射滤掉。 这是它同光子探测器的一大差别。 热探测器的发展比光子探测器早,但目前一些光子探测器的探测率已接近背景噪声限,而热探测器的探测率离背景噪声限还有一定差距。 热探测器的灵敏限由有效电导率 确定, 为 (3.14) 式中,σ是玻耳兹曼常数;T是探测器温度;A是探测器的敏感面积。 探测器的探测率为 (3.15) 式中,k是热导率,W/(m·K);其他符号意义同前。 理论上,热探测器的最大探测率D*=1.8×1010cm·Hz1/2/W,实际中由于受到其他因素的影响,现在的探测率大约在107~109cm·Hz1/2/W之间。 辐射被物体吸收后转换成热,物体温度升高,伴随产生其他效应,如体积膨胀、电阻率变化或产生电流、电动势。 测量这些性能参数的变化就可知道辐射的存在和大小。 利用这种原理制成了温度计、高莱探测器、热繁电阻、热电偶和热释电探测器等。 (1)热电偶和热电堆 ①热电偶。 热电偶是利用温差电现象制成的感温元件。 所谓温差电现象是把两种不同的金属或半导体细丝(也有制成薄膜结构)连成一个封闭环旷当一个接头吸热后其温度和另一个接头不同,环内就产生电动势。 如图3.5所示,将两段不同的金属A和B两端分别连接起来,一端作为参考冷端,一端作为测量热端,两端温差电动势的太小与冷热两接头处的温差成正比,因此,测量热电偶温差电动势的大小就能测知接头处所吸收的辐射功率或冷热两接头处的温差。 如一般铜锡合金热电偶在100℃温差时可以产生4.25mV的电势,温度测量范围为-200~+500℃。 图3.5热电偶结构原理 制造温差电偶的材料有纯金属、合金和半导体。 常用于直接测温的热电偶一般是纯金属与合金相配而成,如铁-康铜、镍铬-镍铝和铜-康铜等,它们被广泛用于测量1300℃以下的温度。 用半导体材料制成的温差电偶比用金属做成的温差电偶的灵敏度高,响应时间短,常用作红外辐射的接收元件。 ②热电堆。 将若干个热电偶串联或并联在一起就成为热电堆。 在相同的辐照下,串联热电堆可提供比热电偶大得多的温差电动势。 因此,热电堆比单个热电偶应用更广泛,敏感面积约为50mm2,时间常数 大约在几百微秒。 增大串联热电偶的数目N,虽然可以减小时间常数,但是也降低了响应度。 因此,热电堆中的串联热电偶数目不宜过大。 (2)热敏电阻这是利用某些金属或半导体材料的电阻率随温度有较大变化而制成的探测器。 当吸收红外辐射而温度升高时,金属的电阻率增加(即电阻率温度系数为正),半导体电阻率则降低(温度系数为负)。 根据电阻变化的大小可测出被吸收的红外辐射功率: 另外,根据红外辐射引起某些超导体在临界温度附近的超导转变(阻值突变),还可以制成超导体测辐射热计。 热敏电阻的电阻温度系数定义为 (3.16) 热敏电阻的电阻温度系数可正可负。 典型的系数值约为: 金属0.1%K-1,半导体1%~10%,超导体更高。 热敏电阻的阻值随自身温度变化而变化。 它的温度决定于吸收辐射及工作时所加电流产生的焦耳热、环境温度和散热情况。 大多数热敏电阻是用半导体材料制成的,有负电阻温度系数(NTC)和正电阻温度系数(PTC)两种。 热敏电阻通常都做得比较小,外形有珠状、环状和薄片状。 热敏电阻需要将电阻变化转换为电压或电流信号,常用的电路如桥式电路,即在电桥两路上各接一个热敏电阻。 其中一个供测辐射用的热敏电阻作为主元件,另一个与其相同的热敏电阻作补偿元件,用来补偿(尤其是基板)温度起伏。 通常把二者封于同一容器内。 需要注意的是电路电流的波动对测量有影响。 热噪声和温度噪声是热敏电阻的主要噪声。 作为热探测器,黑化铂金丝是最精确的测温方法之一。 将热敏电阻表面黑化,增大了吸收系数和发射率,提高了转换效率。 热敏电阻有半导体、金属和超导体三种。 热敏电阻的主要缺点是响应时间太慢( 为1~100ms),只能应用于缓慢的变化测量。 最近,测微辐射电阻阵列在红外热成像方面开辟了崭新的应用领域。 (3)测微辐射热计焦平面阵列20世纪90年代初,霍尼威尔公司电光中心的研究人员研制和论证了一种新型红外焦平面阵列: 测微辐射热计焦平面阵列。 测微辐射热计利用其材料的电阻阻值的变化对应于人射辐射引起的温升变化来获取探测信息,一般不需要外部调制盘。 但必须用温差电制冷功口热器稳定其工作温度。 此类探测器采用的材料主要有硅和二氧化钒。 这种焦平面阵列系采用标准集成电路工艺制造。 阵列结构采用了桥式结构,是在硅上加工出由很小的两条腿支撑的架主微桥阵列,在微桥上淀积测辐射热计材料。 桥式结构的原理如图3.6所示。 图3.6测微辐射热计桥式结构的原理 (4)气体探测器(高莱管)小当红外辐射投射到一定质量的吸收气体上时,引起气体升温,从而导致体积膨胀,或者当气体体积一定时,导致压强增大。 若以一定方式记录气体体积或压强变化,则可制成探测人射辐射的气动探测器。 根据体积和压强变化的传感方式不同,可以有微音探测器和高莱管等。 它们广泛用于红外光谱仪和红外分析仪。 一般气动探测器由两个气室Ca、Cb组成,两个气室间用隔膜隔开,当入射辐射使一个气室(如Ca)中的气体加热: 隔膜膨胀,测量隔膜的位移就可以反映入射辐射的大小。 高莱管(Golaycell)是气动探测器的一种,当辐射通过红外窗口到吸收膜上时,膜吸收辐射并传给气室的气体,气体温度升高,压力增大,柔镜膨胀。 为了测出它的移动量,另用一光源将光投射到柔镜背面的反射膜上。 在没有辐照时,气室内气压稳定,柔镜处于正常状态,由柔镜背面反射的光因被光栅遮挡而照射不到光电管上。 当有辐照时,辐射透过窗口照射到吸收膜,吸收膜将吸收的能量传给气室,气室温度升高,气压增大,柔镜膜片变形,从而引起反射光线的移动,通过光栅到达光电管的光强发生变化,由此可检测红外辐射的强弱。 高莱管探测器的结构复杂、笨重并容易破损。 由于应用了机械膜片的变形过程,所以响应速度慢,只适宜实验室使用。 但这种探测器的探测率很高,从可见光到毫米波均可使用,常用于光谱学中。 (5)热释电探测器在具有非中心对称结构的极性晶体中,即使在外电场和应力均为零的情况下,本身也有自发的电极化,而且,其自发电极化强度P是温度的函数。 即温度升高时,P减小;当温度高于居里温度T时,P=0。 具有这种性质的晶体称为热电晶体。 因热电晶体内有自炭电极化,所以在晶体外表面上出现面束缚电荷。 但平时这些面束缚电荷常被晶体内部或外来自由电荷中和,因此晶体并不显出外电场。 对多数热电晶体,内部自由电荷起中和作用需要的平均时间t在1~1000s之间。 换言之,多数热电晶体表面上的面束缚电荷经过1~1000s后才被体内自由电荷中和。 那么若用调制频率为f的红外辐射照射热电晶体,则晶体温度、自发电极化强度以及由此引起的面束缚电荷密度均以频率f发生周期性变化。 如果f>1/t,热电晶体温度束缚电荷来不及被中和,产生一个交变的电场,因而导致在垂直于P的两端面间产生交变开路电压。 若在这两端面加上电极并通过负载Z连成闭合回路,就会在回路中有电流流过,而且在负载Z的两端产生交变的信号电压。 这就是热释电探测器工作的基本原理。 常见的热释电材料有: 硫酸三甘钛、氧化物单晶、陶瓷、聚合物等。 热释电探测器是发展较晚的一种热探测器。 目前,不仅单元热释电探测器已成熟,而且多元阵列元件也成功地获得应用。 热释电探测器的探测率比光子探测器的探测率低,但它的光谱响应宽,在室温下工作,已在红外热成像、红外摄像管、非接触测温、入侵报警、红外光谱仪测量等方面获得了应用,所以,它已成为一种重要的红外探测器。 热释电探测器是根据由于目标场景的变化,探测器铁电材料的极化程度和介电常数随温度的改变而导致电容内电荷变化这一原理而实现的。 钛酸锶钡(BST)陶瓷材料通常不仅有内在的热释电特性,还具有能被电场增强的热电特性。 即在电场增强的情况下,响应率有很大的提高。 所以每一探测单元都工作在一定的偏压下,并通过与硅工艺的读出电路混成在一起,铟柱将探测器阵列与分离的读出电路(由传统的CMOS硅技术制作)连接起来,其中探测元间的热绝缘是技术关键之一。 (6)液晶组成液晶的胆甾醇酯在温度效应下改变方向,对入射的白光反射彩色光,色彩从红色到紫色。 根据组成成分的不同,液晶可以分辨0.01℃的温度变化,它的优点是: 温度灵敏度高、便宜、可以进行面温度测量。 主要缺点是: 测温范围有限(如5~10℃)、在测量前后要对表面进行清除、是接触测量等。 液晶在许多方面获得应用,如在空气动力学研究中,在模型表面涂上液晶放在风洞中进行吹风实验,用普通的彩色相机就可以记录下液晶颜色的变化,也就是温度的变化,这样就代替了昂贵的红外热像仪。 综上所述,因为热探测器的依据是辐射产生的热效应,所以它们测量的是入射辐射能量的吸收速率。 或者说,热探测器的响应只依赖于吸收的辐射功率,与辐射的光谱分布无关。 因而原则上讲,热探测器是一类无选择性的探测器。 但实际上不可能制造出均匀“黑的”热探测器材料,即材料的吸收会与波长有关,因此,严格地讲,热探测器的实际光谱响应还会随波长有缓慢变化。 此外,热探测器的响应时间较长(一般为几毫秒或更长些),并且决定于探测器热容量的大小和散热(即热迁移)的快慢。 减小热容量和增加热迁移可加快响应速度。 此外,热探测的性能与器件尺寸
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