[科普中国]-热探测器

热探测器是指利用探测元件吸收入射的红外辐射能量而引起温升，在此基础上借助各种物理效应把温升转变成电量的一种探测器。

简介物体吸收辐射，晶格振动加剧，辐射能转换成热能，温度升高。由于物体温度升高，与温度有关的物理性能发生变化。这种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。利用热效应制成的探测器称为热探测器。

热探测器光电转换的过程分为两步：第一步是热探测器吸收红外辐射引起温升，这一步对各种热探测器都一样；第二步利用热探测器某些温度效应把温升转变成电量的变化。

由于热探测器是利用辐射引起物体的温升效应，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，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，但如今一些光子探测器的探测率已接近背景限，而热探测器的探测率离背景噪声限还有很大差距。

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、热敏电阻、热电偶和热释电探测器。1

人体、坦克、飞机、军舰等都是辐射热源，利用热探测器来探测人体、坦克、飞机、军舰等各部分辐射温度的分布，来分辨和识别这些物体。热探测器可广泛应用于探测人体、火源、热源、各种军事目标，在工农业以及国防上有重要的应用和发展。

基本原理热探测器的基本工作原理是目标红外辐射通过红外物镜照射到探测器敏感材料上，引起其敏感材料的某些可测物理量的变化，从而将可测物理量的变化读出后通过A/D转化变为电信号，通过信号图像处理，再进行D/A转换，最后把信号传送到监视器。实现对辐射热的探测。

类型热探测器常被分为四种：气动探测器（高莱管）、热电偶或热电堆、热敏电阻、热释电探测器。

1．气动探测器（高莱管）

利用充气容器接受热辐射后温度升高气体体积膨胀的原理，测量其容器壁的变化来确定红外辐射的强度。这是一种比较老式的探测器，但在1947年经高莱改进以后的气动探测器，用光电管测量容器壁的微小变化，使灵敏度大大提高，所以这种气动探测器又称高莱元件。

2．热敏电阻

热敏电阻的阻值随自身温度变化而变化。它的温度取决于吸收辐射、工作时所加电流产生的焦耳热、环境温度和散热情况。热敏电阻基本上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。

热敏电阻通常为两端器件，但也有制成三端、四端的。两端器件或三端器件属于直接加热型，四端器件属于间接加热型。热敏电阻通常都制得比较小，外形有珠状、环状和薄片状。用负温度系数的氧化物半导体（一般是锰、镍和钴的氧化物的混合物）制成的热敏电阻测辐射热器常为两个元件：一个为主元件，正对窗口，接收红外辐射；另一个为补偿元件，性能与主元件相同，彼此独立，同封装于一管壳内，不接收红外辐射，只起温度补偿作用。

3．热电偶和热电堆

热电偶是最古老的热探测器之一，仍得到广泛的应用。热电偶是基于温差电效应工作的。单个热电偶提供的温差电动势比较小，满足不了某些应用的要求，所以常把几个或几十个热电偶串接起来组成热电堆。热电堆可以比热电偶提供更大的温差电动势，新型的热电堆采用薄膜技术制成，因此，称为薄膜型热电堆。

4．热释电探测器

热释电探测器是发展较晚的一种热探测器。如今，不仅单元热释电探测器已成熟，而且多元列阵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、激光测量和亚毫米波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。1

特性热探测器与各种光电器件相比具有下列特性：

①响应率与波长无关，属于无选择性探测器；

②受热时间常数（热惯性）的制约，响应速度比较慢；

③热探测器的探测率比光子探测器的峰值探测率低；

④可在室温下工作。2

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学