热释电探测器特性参数动态响应测量VIP免费

第27卷第3期2007年O6月西安工业大学学报JOURNALOFXI’ANTECHNOL0GICALUNIVERSITYVo1．27No．3JurL2007文章编号：1673—9965(2007)03—205—04热释电探测器特性参数动态响应测量高爱华，刘卫国，张伟，秦文罡(西安工业大学光电工程学院，西安710032)摘要：分析了热释电探测器对单脉冲辐射的响应，并组建了热释电探测器特性参数动态响应测试系统，利用相关检测原理检测热释电探测器的电压响应信号，提高了信噪比．设计了基于LabVIEW的测试软件，用此系统测试了热释电探测器对脉冲辐射的电压响应率Rv和归一化探测率D，为热释电探测器参数测试提供了一种实用的全自动测试手段．关键词：热释电探测器；特性参数；电压响应率；归一化探测率；LabV1Ew中图号：TN215文献标识码：A．热释电探测器的探测原理l】]是入射辐射使材料的温度发生变化，引发材料的自发极化强度变化，在垂直于自发极化方向的两个晶面出现感应电荷．在自由电荷与感应电荷中和之前，通过外电路将其引出，利用感应电荷的变化来测量光辐射通量．与其他热电型探测器不同，热释电探测器是响应于温度随时间的变化率而不是温度值本身，其工作过程不需要建立热平衡，只响应于斩波、脉冲或其他形式的调制辐射源，而不随时间变化的稳定背景辐射和非交流成分的环境噪声响应可以忽略．此外，热释电探测器还具有室温下工作频率及光谱响应宽(红外到毫米波，通过使用适宜的黑体涂层来吸收辐射，光谱响应范围还可进一步扩展)、探测率较高、积分灵敏度极高等特点，因此发展日益迅速，并获得极为广泛的应用Ez-3~．由于热释电材料的输出阻抗很高，故一般采用高输入阻抗、低输出阻抗、低噪声的JFET作为源极跟随器与其匹配，以达到阻抗变换的目的l5J．应用中也有用反相串联或并联的双元补偿结构敏感元或电桥结构的四元敏感元来提高探测灵敏度．热释电探测器的响应率和归一化探测率是评价探测器性能的两个重要参数l6]．在热释电探测器的开发、研制和使用过程中，准确、迅速、定量测试评价其性能参数，以便进一步改进其质量、提高热释电红外探测器的整体性能以及指导人们正确使用具有重要意义．文中组建的热释电探测器特性参数测试系统基于相关检测原理，利用斩波器获得调制辐射，实现了对探测器参数的自动测试．1热释电探测器主要参数测试原理根据热释电探测器不同调制频率下动态响应的测试方法，只需测量不同调制频率下的背景响应电压及黑体加背景响应电压，即可计算出各个调制频率下热释电探测器的响应率和归一化探测率．1．1热释电探测器对单脉冲辐射的响应热释电探测器对单脉冲辐射的响应实际上是对两个阶跃辐射响应之和．而热释电探测器受到的阶跃辐射功率表示为一{W。。t≥0，器件温升△丁满足的热平衡方程[]为Cod(AT)~GAT一,Tw。(1)式中：CQ为器件的热容量；G为热导率；叩为光敏面的吸收率．*收稿日期：20070308基金资助：陕西省教育厅科研项目(06JK278)作者简介：高爱华(1967一)，女，西安工业大学教授，主要研究方向为光电智能化测量与控制系统E-mail：freegah@126．corl1．维普资讯http://www.cqvip.com206西安工业大学学报第27卷解方程(1)，并利用初始条件，则得AT=(1～T)(2)r=CQ／G为器件的热时问常数．由于器件的温升是均匀的，因此—d_AT一—dA—T一P叫『T(3)dtdtLQ于是热释电探测器的电流为，一一警一学(≥)㈤式中：c和分别为热释电材料的体积比热和热释电系数；A和1分别为器件的电极面积和厚度．此时，热释电信号电压为一(≥)()一e-t／re其中C为热释电探测器的电容．在单脉冲辐射照射下，热释电探测器的温升、热释电电流和电压不仅与热时间常数r和电时间常数r有关，而且还与辐射脉冲宽度"Co有关．热释电探测器对单脉冲辐射的响应由两个不同时刻的阶跃辐射响应叠加得到，设脉冲辐照宽度为TO，当0≤t≤TO时，与前面所讨论的对阶跃辐射响应情况相同，而t—r0时刻器件的温升和电信号便成为求解t≥ro时器件温升和电信号的初始条件．最后得到在单脉冲辐射照射下，当r>TO>时，热释电探测器的信号电流和电压随时问的变化规律如图1所示．据此用连续调制的脉冲辐射照射热释电探测器来测量响应率和归一化探测率．、pn承lt辐射lJ叶]tⅡ目...