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分類によると、赤外線センサーは熱センサーと光子センサーに分けることができます。

熱センサー

温度検出器は、検出素子を使用して赤外線放射を吸収し、温度上昇を引き起こし、特定の物理的特性の変化を伴います。これらの物理的特性の変化を測定することで、吸収するエネルギーまたは電力を測定できます。具体的なプロセスは次のとおりです。最初のステップは、熱検出器が赤外線を吸収して温度を上昇させることです。2 番目のステップは、熱検出器の温度効果を使用して、温度上昇を電気の変化に変換することです。一般的に使用される物理特性の変化には、サーミスター型、熱電対型、焦電型、および Gaolai 空気圧型の 4 つのタイプがあります。

# サーミスタタイプ

感熱材料が赤外線を吸収した後、温度が上昇し、抵抗値が変化します。抵抗変化の大きさは、吸収された赤外線エネルギーに比例します。物質が赤外線を吸収して抵抗値を変化させた赤外線検出器をサーミスタと呼びます。サーミスタは、熱放射の測定によく使用されます。サーミスタには、金属と半導体の 2 種類があります。

R(T)=AT-CeD/T

R(T): 抵抗値;T: 温度;A、C、D: 材料によって異なる定数。

金属サーミスタは正の抵抗温度係数を持ち、その絶対値は半導体よりも小さいです。抵抗と温度の関係は基本的に線形であり、高温耐性が強いです。主に温度シミュレーション測定に使用されます。

半導体サーミスタは正反対で、アラーム、防火システム、熱ラジエータの検索と追跡などの放射線検出に使用されます。

# 熱電対タイプ

熱電対とも呼ばれる熱電対は、最も初期の熱電検出デバイスであり、その動作原理は焦電効果です。2 つの異なる導体材料で構成されるジャンクションは、ジャンクションで起電力を発生させることができます。放射を受ける熱電対の端はホット エンドと呼ばれ、もう一方の端はコールド エンドと呼ばれます。いわゆる熱電効果、つまり、これら 2 つの異なる導体材料がループに接続されている場合、2 つの接合部の温度が異なると、ループ内に電流が発生します。

吸収係数を改善するために、黒金箔がホットエンドに取り付けられ、金属または半導体の熱電対の材料を形成します。構造は、線や帯状の実体、または真空蒸着技術やフォトリソグラフィー技術によって作られた薄膜のいずれかです。エンティティ型熱電対は主に温度測定に使用され、薄膜型熱電対 (多数の熱電対が直列に接続されたもの) は主に放射測定に使用されます。

熱電対型赤外線検出器の時定数は比較的大きいため、応答時間が比較的長く、動特性が比較的悪いです。北側の放射変化の頻度は、一般的に 10HZ 未満である必要があります。実際のアプリケーションでは、多くの場合、複数の熱電対を直列に接続してサーモパイルを形成し、赤外線放射の強度を検出します。

# 焦電型

焦電型赤外線検出器は、焦電性結晶または分極した「強誘電体」でできています。焦電結晶は圧電結晶の一種で、非中心対称構造を持っています。自然状態では、正と負の電荷中心は特定の方向に一致せず、結晶表面に一定量の分極電荷が形成されます。これを自発分極と呼びます。水晶の温度が変化すると、水晶の正電荷と負電荷の中心がずれるため、それに応じて表面の分極電荷が変化します。通常、その表面は大気中の浮遊電荷を捕捉し、電気的平衡状態を維持します。強誘電体の表面が電気的に平衡状態にあるとき、その表面に赤外線が照射されると、強誘電体(シート)の温度が急激に上昇し、分極強度が急激に低下し、束縛電荷が急激に減少します。表面の浮遊電荷はゆっくりと変化します。内部の強誘電体に変化はありません。

温度変化による分極強度の変化から再び表面の電気的平衡状態に戻るまでの非常に短い時間で、強誘電体の表面に過剰な浮遊電荷が現れ、電荷の一部が放出されることに相当します。この現象は焦電効果と呼ばれます。自由電荷が表面の束縛電荷を中和するには数秒以上かかるため、結晶の自発分極の緩和時間は約 10 ~ 12 秒と非常に短いため、焦電結晶は急激な温度変化に対応できます。

# Gaolai 空気圧式

気体が一定の体積を保った状態で赤外線を吸収すると、温度が上昇し、圧力が上昇します。圧力上昇の大きさは赤外線の吸収パワーに比例するので、赤外線の吸収パワーを測定することができます。上記の原理で作られた赤外線検出器はガス検出器と呼ばれ、ガオライ管は代表的なガス検出器です。

光子センサー

光子赤外線検出器は、特定の半導体材料を使用して、赤外線の照射下で光電効果を生成し、材料の電気的特性を変化させます。電気的特性の変化を測定することにより、赤外線放射の強度を決定できます。光電効果によって作られた赤外線検出器は、まとめて光子検出器と呼ばれます。主な特長は、高感度、高速応答速度、高応答周波数です。ただし、通常は低温で動作する必要があり、検出帯域は比較的狭いです。

光子検出器の動作原理によれば、一般に外部光検出器と内部光検出器に分けることができます。内部光検出器は、光伝導検出器、光起電力検出器、および光磁気電気検出器に分けられます。

# 外部光検出器 (PE デバイス)

光が特定の金属、金属酸化物、または半導体の表面に入射すると、光子エネルギーが十分に大きい場合、表面は電子を放出できます。この現象は総称して光電子放出と呼ばれ、外部光電効果に属します。光電管や光電子増倍管はこのタイプの光子検出器に属します。応答速度が速いと同時に、光電子増倍管製品はゲインが非常に高く、単一光子測定に使用できますが、波長範囲は比較的狭く、最長でも1700nmしかありません。

# 光伝導検出器

半導体が入射光子を吸収すると、半導体内の一部の電子と正孔が非伝導状態から電気を伝導できる自由状態に変化し、それによって半導体の伝導率が増加します。この現象は光伝導効果と呼ばれます。半導体の光伝導効果によって作られた赤外線検出器は、光伝導検出器と呼ばれます。現在、最も広く使用されているタイプの光子検出器です。

# 光起電力検出器(PUデバイス)

特定の半導体材料構造の PN 接合に赤外線が照射されると、PN 接合の電界の作用により、P 領域の自由電子が N 領域に移動し、N 領域の正孔が N 領域に移動します。 Pエリア。PN接合が開いていると、PN接合の両端に光起電力と呼ばれる追加の電位が発生します。光起電力効果を利用した検出器は、光起電力検出器または接合型赤外線検出器と呼ばれます。

# 光磁気電気検出器

磁場は、サンプルに横方向に適用されます。半導体表面が光子を吸収すると、生成された電子と正孔が体内に拡散します。拡散プロセス中、電子と正孔は、横方向の磁場の影響により、サンプルの両端にオフセットされます。両端に電位差があります。この現象は、光磁気電気効果と呼ばれます。光磁気電気効果で作られた検出器は、光磁気電気検出器 (PEM デバイスと呼ばれます) と呼ばれます。


投稿時間: Sep-27-2021