紅外測(cè)溫儀的儀器部件
發(fā)布日期:2014-07-08
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紅外測(cè)溫儀的儀器部件
(1)輻射源
紅外光譜區(qū)使用的輻射源絕大部分是熱輻射源。典型的是能斯脫(Nernst)燈和硅碳棒。
能斯脫燈是一個(gè)約長(zhǎng)2cm,直徑為0.1cm的棒或空心管。它由鈰、鋯、釷、釓等元素的氧化物燒結(jié)而成。這種棒冷時(shí)不導(dǎo)電,熱時(shí)電阻下降,加上電壓就有電流流過(guò),并使其維持高溫線(xiàn)路里的電阻起限流作用,使溫度保持在1500~2000K的范圍。硅碳棒是通常約長(zhǎng)5cm,直徑0.5cm的棒。它和能斯脫燈一樣也是通過(guò)電流加熱的。其更高溫度為1400K。
(2)探測(cè)器
在紅外光譜區(qū)使用的探測(cè)器分為兩大類(lèi):熱探測(cè)器和光子探測(cè)器。比較其性能時(shí)常用規(guī)化探測(cè)率D*這一術(shù)語(yǔ)。式中D*的單位是cm.Hz¹/².W-¹;S/N是信-噪比;P0是探測(cè)面上的輻射度;A是探測(cè)器的面積;△f是儀器的頻率響應(yīng)帶寬。
①熱探測(cè)器是根據(jù)吸收輻射而引起熱效應(yīng)來(lái)測(cè)量入射輻通量的器件。
②測(cè)輻射熱計(jì) 它是基于吸收輻射后溫度的改變使物質(zhì)的電阻發(fā)生改變的器件。常常由鍍鉑的薄片做吸收材料,且構(gòu)成惠斯登電橋的一個(gè)臂。照在薄片上的輻射使其溫度升高,從而提高其電阻值。
③熱敏電阻 某些半導(dǎo)體的電阻隨著溫度的變化而明顯變化。用這類(lèi)材料制成的測(cè)輻射計(jì)叫熱敏電阻。熱敏電阻是由大約10um厚的半導(dǎo)體薄片安裝在散熱基片上制成的。為了提高吸收率,常在基片上噴黑。
④熱電偶 它是由兩個(gè)熱電性不同的金屬絲在兩個(gè)端點(diǎn)處焊接在一起做成的。當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí),接點(diǎn)間便產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)。它能產(chǎn)生0.1~2.0uv的信號(hào),輸出阻抗為10
⑤氣動(dòng)探測(cè)器 它是通過(guò)封閉的氣體變熱后引起的壓力升高來(lái)探測(cè)紅外輻射的。氣動(dòng)探測(cè)器中較有代表性的高萊(Golay)探測(cè)器的結(jié)構(gòu)。由涂上金屬薄層的塑料膜作吸收體,在較寬范圍內(nèi)具有相同的吸收率。塑料膜后面氣室里的氣體壓力的變化,使作為氣室一個(gè)壁的撓性膜發(fā)生撓曲。把撓性膜作為光杠裝置中的反射器。撓性膜的移動(dòng)改變了光束通過(guò)線(xiàn)柵的位置,如果線(xiàn)柵的位置適當(dāng),則照在光電管上的照度就直接隨光束的位置而改變。
⑥熱釋電探測(cè)器 某些無(wú)中心的晶體具有永久電偶極矩,由它產(chǎn)生的電場(chǎng)通常被晶體表面上的電荷中和。當(dāng)溫度改變時(shí),晶體的晶格大小會(huì)改變,從而改變了永久的電偶極矩。利用這一原理可以做成測(cè)量輻射的器件。常用的器件是由硫酸三甘本酞單晶(TGS)制成的,在TGS薄片兩邊構(gòu)成電極,其中一個(gè)是透明的作為輻射接收體。晶體內(nèi)產(chǎn)生的電壓直接加在場(chǎng)效應(yīng)管上,場(chǎng)效應(yīng)管作為探測(cè)器的一部分。
⑦光子探測(cè)器 某些半導(dǎo)體材料顯示出所謂“內(nèi)光電效應(yīng)”可以用來(lái)檢測(cè)紅外輻射。通常使用的光導(dǎo)探測(cè)器是硫化鉛制成的。光導(dǎo)探測(cè)器是一個(gè)電阻器。當(dāng)輻射照在它的表面上時(shí),則其電阻減少。硫化鉛光導(dǎo)管的擴(kuò)展100um。響應(yīng)時(shí)間從征探測(cè)器的幾百微秒一直到非本征探測(cè)器的幾納米。
(3)單色器
在紅外光譜區(qū)的單色器主要使用光柵作色散器,這與紫外-可見(jiàn)光譜區(qū)的單色器極類(lèi)似,不同的是光柵的線(xiàn)傮數(shù)比較少。如果使用棱鏡作色散器,則棱鏡的材料完全相同。光學(xué)材料的有效透射范圍:它是以厚為1cm的材料透射比低到0.60的波長(zhǎng)為極限。
(4)邁克耳遜干涉儀
邁克耳遜干涉儀的光路位置,進(jìn)入干涉儀的輻射被分成兩束,光束A在返回分束器之前,通過(guò)一個(gè)固定的路程,但光束B(niǎo)在返回分束器和光束A會(huì)合之前,通過(guò)的路程是可變的。當(dāng)光束A和光束B(niǎo)會(huì)合時(shí)就產(chǎn)生干涉圖樣。使坯圖中心的輻射恰好照在探測(cè)器的敏感面上。當(dāng)兩光束在分束器上同相位時(shí),則到達(dá)探測(cè)器上的光束強(qiáng)度最大,當(dāng)兩束在分束器上相位相反時(shí),則到達(dá)探測(cè)器的光束強(qiáng)度最小。