热释电红外传感器的性能研究

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中图分类号：TN21 文献标识码：A DOI：10.19655/j.cnki.1005-4642.2025.06.008

热释电效应是指材料的极化强度能响应温度的变化，其宏观表现为随着温度的上升或下降，一些极性介电材料上产生热释电电压或电流.热释电材料具有优良的电学特性，在热能收集、紫外和红外光探测、火灾或入侵警报、热成像以及跟踪和识别等方面具有应用潜力．目前，大学物理和物理实验教学缺乏热释电原理的相关介绍.热释电红外传感器对温度的变化响应灵敏，可以用于人体运动传感；因基本结构简单，用其开展实验便于学生理解热释电的物理原理.

本文利用热释电红外探测器设计并开展系列实验，研究了传感器的单次激发波形、信号强度随热源距离的变化规律以及传感器的频率响应特性．该实验对仪器要求不高，大多数高校的物理实验教学中心能满足设备需求．同时，实验操作简单，大部分实验数据通过人体部位的运动即可测得.该系列实验直观地展现了热释电效应的性质，同时也为相关的大学物理实验提供参考.

1 实验原理

1.1 热释电效应的基本原理

热释电材料（Pyroelectricmaterial）是利用温度随时间的波动 将热能转化为电能而输出电压或电流的材料.热释电材料具有自发极化，且极化强度随温度的变化而变化.温度变化时，材料内部的应变使得内部正负电荷中心产生相对位移[2]，材料的极化强度发生变化，在与极化强度方向垂直的表面上产生热释电电荷.由于极化对温度变化的响应速度很快，材料从外部吸引的自由电荷来不及对热释电电荷进行补偿，于是材料在空间中形成电场[3．当外接电路时，电路中产生热释电电流.

对于均匀的热释电材料（任意时刻材料各处温度 T 相等），其极化强度的热释电系数为 p= dT·由dQ=AdP。（剩余5970字）