熱釋電紅外傳感器的性能研究

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中圖分類號：TN21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.19655/j.cnki.1005-4642.2025.06.008

熱釋電效應(yīng)是指材料的極化強(qiáng)度能響應(yīng)溫度的變化，其宏觀表現(xiàn)為隨著溫度的上升或下降，一些極性介電材料上產(chǎn)生熱釋電電壓或電流.熱釋電材料具有優(yōu)良的電學(xué)特性，在熱能收集、紫外和紅外光探測、火災(zāi)或入侵警報、熱成像以及跟蹤和識別等方面具有應(yīng)用潛力．目前，大學(xué)物理和物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏熱釋電原理的相關(guān)介紹.熱釋電紅外傳感器對溫度的變化響應(yīng)靈敏，可以用于人體運(yùn)動傳感；因基本結(jié)構(gòu)簡單，用其開展實(shí)驗(yàn)便于學(xué)生理解熱釋電的物理原理.

本文利用熱釋電紅外探測器設(shè)計并開展系列實(shí)驗(yàn)，研究了傳感器的單次激發(fā)波形、信號強(qiáng)度隨熱源距離的變化規(guī)律以及傳感器的頻率響應(yīng)特性．該實(shí)驗(yàn)對儀器要求不高，大多數(shù)高校的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心能滿足設(shè)備需求．同時，實(shí)驗(yàn)操作簡單，大部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過人體部位的運(yùn)動即可測得.該系列實(shí)驗(yàn)直觀地展現(xiàn)了熱釋電效應(yīng)的性質(zhì)，同時也為相關(guān)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)提供參考.

1 實(shí)驗(yàn)原理

1.1 熱釋電效應(yīng)的基本原理

熱釋電材料（Pyroelectricmaterial）是利用溫度隨時間的波動 將熱能轉(zhuǎn)化為電能而輸出電壓或電流的材料.熱釋電材料具有自發(fā)極化，且極化強(qiáng)度隨溫度的變化而變化.溫度變化時，材料內(nèi)部的應(yīng)變使得內(nèi)部正負(fù)電荷中心產(chǎn)生相對位移[2]，材料的極化強(qiáng)度發(fā)生變化，在與極化強(qiáng)度方向垂直的表面上產(chǎn)生熱釋電電荷.由于極化對溫度變化的響應(yīng)速度很快，材料從外部吸引的自由電荷來不及對熱釋電電荷進(jìn)行補(bǔ)償，于是材料在空間中形成電場[3．當(dāng)外接電路時，電路中產(chǎn)生熱釋電電流.

對于均勻的熱釋電材料（任意時刻材料各處溫度 T 相等），其極化強(qiáng)度的熱釋電系數(shù)為 p= dT·由dQ=AdP。（剩余5970字）