热电堆传感器物理 热电偶式温度计 辐射探测热电堆是基于热电偶的。热电偶由两种不同的金属串联而成。为了探测辐射，一个连接处被熏黑以吸收辐射。结的温升（相对于另一个未辐照结）产生电压。Seebeck发现的这种效应是所有热电偶温度传感器的基础。 热电偶材料通常是铋和锑，它们具有较高的热电系数。即使使用这些材料，由于输出电压相对较低，放大器的噪声也限制了检测能力。 热电偶探测器的工作原理 图1：热电偶探测器的工作原理。异种金属1和2通常是铋和锑。传感结通常有一层薄薄的发黑金属箔来吸收更多的辐射。另一个接头是屏蔽的。 热电堆光功率传感器 热电堆传感器基于热电偶。热电偶由两种不同的金属串联而成。为了探测辐射，一个金属结通常被熏黑以吸收辐射。该结相对于另一未辐照结的温升产生电压。这种效应是所有热电偶温度传感器的基础。热电堆中使用的热电偶材料通常是铋和锑，它们具有相对较高的热电系数（响应于温差的感应电压大小的测量）。单个热电偶通常会产生低输出电压，从而导致低检测率，并限制其作为传感设备的使用。因此，提高输出电压的一种方法是串联多个热电偶接头（通常为20到120）。所有的“热”结都被放置在一起以收集辐射。这是一个热电堆。热电堆的典型操作如图2所示。 热电堆传感器的典型操作 图2：热电堆传感器的典型操作。 热电堆圆盘由圆形热电偶阵列组成。光辐射，例如激光束被产生输出电压的圆盘吸收。圆盘上的热量在圆盘背面的热电堆上呈放射状扩散，并在那里转移到由风扇或水对流冷却的散热器上。由于它们的宽带吸收，这些器件在红外波段相当敏感。因此，必须注意稳定他们的视野，因为所有接近室温的物体，包括人，都会发出明显的红外线。由于加热和冷却过程，热电堆的响应时间相当慢，通常为几秒钟。由于时间限制，热电堆仅用于测量连续波或准连续波辐射源的功率。通过按比例降低材料的热容量，可以缩短响应时间。然而，探测器的探测能力与热容成反比，导致时间响应和灵敏度之间的一般权衡。 由于所有吸收的热量都流经热电偶（只要激光束在热结的内圈内），探测器的响应几乎与光束大小和位置无关。如果光束靠近内环的边缘，一些热电偶会变得比其他热电偶更热，但由于测量了所有热电偶的总和，读数保持不变。通常，我们规定表面读数的均匀度为±2%或更高。 热电堆盘 图3：热电堆圆盘表面图 利用热电堆传感器测量单发能量 虽然热电堆激光功率传感器主要用于测量功率，但它们也可以测量单次发射的能量，在这里，它们集成了随时间推移流过圆盘的功率。由于圆盘加热和冷却的典型时间是几秒，这些热传感器最多只能每隔几秒测量一个脉冲。因此，它们适用于所谓的“单发”测量。虽然传感器盘的响应时间很慢，但由于测量的是脉冲后流过盘的热量，因此测量的脉冲有多短没有限制。 热电堆圆盘类型 没有一种吸收材料能够满足所有激光功率测量应用的需要。有几种类型的吸收器可用于不同的应用，如长脉冲(0.1分-10毫秒）、短脉冲（<1微秒）和连续辐射。为长脉冲和连续波而优化的吸收器以薄的耐火材料为特征，因为热可以在脉冲期间流过涂层并进入阀瓣。另一方面，热在短脉冲期间不能流动，所有的能量都沉积在一个薄的（通常0.1分μm）表面附近的层