熱探測器

物體吸收輻射，晶格振動加劇，輻射能轉換成熱能，溫度升高。由於物體溫度升高，與溫度有關的物理性能發生變化。這種物體吸收輻射使其溫度發生變化從而引起物體的物理、機械等性能相應變化的現象稱為熱效應。利用熱效應製成的探測器稱為熱探測器。

熱探測器光電轉換的過程分為兩步：第一步是熱探測器吸收紅外輻射引起溫升，這一步對各種熱探測器都一樣；第二步利用熱探測器某些溫度效應把溫升轉變成電量的變化。

由於熱探測器是利用輻射引起物體的溫升效應，因此，它對任何波長的輻射都有響應，所以稱熱探測器為無選擇性探測器，這是它同光子探測器的一大差別。熱探測器的發展比光子探測器早，但如今一些光子探測器的探測率已接近背景限，而熱探測器的探測率離背景雜訊限還有很大差距。

輻射被物體吸收後轉換成熱，物體溫度升高，伴隨產生其他效應，如體積膨脹、電阻率變化或產生電流、電動勢。測量這些性能參數的變化就可知道輻射的存在和大小。利用這種原理製成了溫度計、高萊探測器、熱敏電阻、熱電偶和熱釋電探測器。

人體、坦克、飛機、軍艦等都是輻射熱源，利用熱探測器來探測人體、坦克、飛機、軍艦等各部分輻射溫度的分佈，來分辨和識別這些物體。熱探測器可廣泛應用於探測人體、火源、熱源、各種軍事目標，在工農業以及國防上有重要的應用和發展。

熱探測器的基本工作原理是目標紅外輻射通過紅外物鏡照射到探測器敏感材料上，引起其敏感材料的某些可測物理量的變化，從而將可測物理量的變化讀出后通過A/D轉化變為電信號，通過信號圖像處理，再進行D/A轉換，最後把信號傳送到監視器。實現對輻射熱的探測。

熱探測器常被分為四種：氣動探測器（高萊管）、熱電偶或熱電堆、熱敏電阻、熱釋電探測器。

1．氣動探測器（高萊管）

利用充氣容器接受熱輻射后溫度升高氣體體積膨脹的原理，測量其容器壁的變化來確定紅外輻射的強度。這是一種比較老式的探測器，但在1947年經高萊改進以後的氣動探測器，用光電管測量容器壁的微小變化，使靈敏度大大提高，所以這種氣動探測器又稱高萊元件。

2．熱敏電阻

熱敏電阻的阻值隨自身溫度變化而變化。它的溫度取決於吸收輻射、工作時所加電流產生的焦耳熱、環境溫度和散熱情況。熱敏電阻基本上是用半導體材料製成的，有負電阻溫度係數（NTC）和正電阻溫度係數（PTC）兩種。

熱敏電阻通常為兩端器件，但也有製成三端、四端的。兩端器件或三端器件屬於直接加熱型，四端器件屬於間接加熱型。熱敏電阻通常都製得比較小，外形有珠狀、環狀和薄片狀。用負溫度係數的氧化物半導體（一般是錳、鎳和鈷的氧化物的混合物）製成的熱敏電阻測輻射熱器常為兩個元件：一個為主元件，正對窗口，接收紅外輻射；另一個為補償元件，性能與主元件相同，彼此獨立，同封裝於一管殼內，不接收紅外輻射，只起溫度補償作用。

3．熱電偶和熱電堆

熱電偶是最古老的熱探測器之一，仍得到廣泛的應用。熱電偶是基於溫差電效應工作的。單個熱電偶提供的溫差電動勢比較小，滿足不了某些應用的要求，所以常把幾個或幾十個熱電偶串接起來組成熱電堆。熱電堆可以比熱電偶提供更大的溫差電動勢，新型的熱電堆採用薄膜技術製成，因此，稱為薄膜型熱電堆。

4．熱釋電探測器

熱釋電探測器是發展較晚的一種熱探測器。如今，不僅單元熱釋電探測器已成熟，而且多元列陣元件也成功地獲得應用。熱釋電探測器的探測率比光子探測器的探測率低，但它的光譜響應寬，在室溫下工作，已在紅外熱成像、紅外攝像管、非接觸測溫、入侵報警、紅外光譜儀、激光測量和亞毫米波測量等方面獲得了應用，所以，它已成為一種重要的紅外探測器。

熱探測器與各種光電器件相比具有下列特性：

①響應率與波長無關，屬於無選擇性探測器；

②受熱時間常數（熱慣性）的制約，響應速度比較慢；

③熱探測器的探測率比光子探測器的峰值探測率低；

④可在室溫下工作。