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红外热像仪探测器分类和发展简史

红外热像仪探测器分类和发展简史
红外热像仪探测器分类和发展简史-热释电红外探测器
研究发现，部分晶体（如硫酸三甘肽、铌酸锶钡等）沿某一特定的方向切割成薄片，并在两表面制作电极形成平板电容后，当晶体温度发生变化时，电容两端将产生电压。这种当材料表面温度发生变化后，因材料自发极化而在材料表面释放出电荷的现象称为热释电效应[6]。如果将该电容器上接上负载电阻，则会产生热释电电流根据热释电效应设计的红外探测器就是热释电红外探测器湿度传感器探头, 不锈钢电热管, PT100传感器, 流体电磁阀,铸铝加热器,加热圈。热释电材料仅在温度变化时才产生响应电流，这是热释电探测器区别于其他热敏红外探测器（如微测辐射热计、热电堆）的重要标志。这个特点也决定了热释电红外探测器必须在斩波器协助下才能正常工作。如果不使用斩波器，除非场景中有活动目标，否则热释电电荷将自动消散，场景图像将渐隐。不过增加斩波器后，整个红外成像系统结构将变得复杂。
热释电材料可分为三类：单晶热释电、陶瓷热释电和薄膜热释电。在众多热释电材料中，BST（钛酸锶钡，BaxSr1-xTiO3）陶瓷材料是目前研究得*成熟也是*成功的一种热释电陶瓷材料。TI（后并入Raytheon）公司推出的245×328BST铁电陶瓷焦平面已形成产品，像元尺寸48.5μm×48.5μm，NETD（噪声等效温差，NoiseEquivalentTemperature Difference）优于0.8K，展示样品的NETD优于47 mK。
不过，由于铁电陶瓷焦平面的制作工艺与标准大规模硅集成电路工艺不兼容，因此焦平面制造成本较高。此外，陶瓷混合集成热释电焦平面的性能已经接近理论极限，因此自20世纪90年代中期以来，在美国国防预研局的资助下，Raython公司转而研究单片集成式薄膜热释电红外焦平面阵列，并取得了较大进展，目前，Raytheon公司利用PLZT（锆钛酸铅镧，Pb1-xLax(ZryTi1-y)O3）热释电薄膜已经成功制造出320×240单片式热释电焦平面阵列，阵列的NETD优于90mK。
热释电红外探测器是目前热探测器中的佼佼者，这种探测器除具有一般热探测器点，如宽光谱响应、室温工作等优点外，还具有以下特殊优点：
1)探测器输出信号与灵敏元温度变化率成正比，而与**温度无关，因而无需自身的热平衡，响应速度较快；2)热释电探测元本身可以作为一个滤波器，可以将一定量的噪声旁路分离掉，噪声较小；3)电荷存储具有积分特性，能存储由瞬时信号释放的总电荷，此时电
荷的测量取决于瞬时的总量；4)无需加偏压，读出电路设计简单。不过由于热释电红外探测器需要斩波器协助才能正常工作，因此与热电堆、测辐射热计比较而言，成像系统结构复杂。

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