Scientific journal
International Journal of Experimental Education
ISSN 2618–7159
ИФ РИНЦ = 0,399

1 1
1

Пироэлектрические кристаллы широко используются в качестве чувствительных элементов тепловых приемников излучения (ПИ) [1]. Традиционно для выбора того или иного пироэлектрического материала используется критерий качества iv01.wmf [2], где γ – пироэлектрический коэффициент, c – теплоемкость, ε – диэлектрическая проницаемость, ρ – плотность кристалла. Для оценки характеристик пироэлектрических материалов в [3] предложен новый критерий качества, который, по нашему мнению, более полно отражает свойства того или иного пироматериала. Новый критерий качества включает в себя как чувствительность так и динамический диапазон (D) и выражается как: iv02.wmf, где iv03.wmf – модуль передаточной функции, соответствующий вольт-ваттной чувствительности детектора.

Модуль передаточной функции определяется из выражения [1]:

iv04.wmf (1)

где ελ – монохроматический коэффициент поглощения черни; ε – диэлектрическая проницаемость кристалла; S – площадь принимающей площадки; CЭ – электрическая емкость кристалла, входных цепей и первого каскада усилителя; RΣ – эквивалентное сопротивление ПИ и нагрузочного сопротивления; ω – частота модуляции падающего излучения.

Динамический диапазон определяется из выражения iv05.wmf где Fmax – максимально допустимая мощность излучения, падающего на поверхность кристалла; Fmin – пороговая чувствительность ППИ, ограниченная шумами в кристалле [3].

Из зависимости температуры кристалла от уровня падающего на него излучения определяем максимально допустимую мощность излучения [3]:

iv06.wmf (2)

где TK – температура Кюри для данного пироматериала (TK/2 – рабочая точка кристалла по температуре); d – толщина кристалла; A(ρ) – оператор Лапласа при гармоническом воздействии или тепловой коэффициент, учитывающий распределение тепла в кристалле [1].

Из условия iv07.wmf [1] выражаем пороговую чувствительность ППИ:

iv08.wmf (3)

где Uш – напряжение шума пиродетектора, Δf – полоса измеряемых частот.

Напряжение шума [1,3] выражается через напряжение спектральной плотности шума как:

iv10.wmf (4)

где Рmш – плотность мощности теплового шума обусловленного тепловыми потерями iv11.wmf (kб – постоянная Больцмана, T0 – температура окружающей среды, GΣ – общая тепловая проводимость (теплопотери). Отсюда:

iv12.wmf (5)

Определяем динамический диапазон ППИ как:

iv13.wmf (6)

В полном виде критерий W1 принимает вид:

iv14.wmf (7)

Поскольку А(r) характеризует параметры материалов чернения и не определяет свойства пироэлектрического материала, то в грубом приближении можно приравнять его к единице.

Предложенный критерий качества пироэлектрического материала существенно повышает информативность при анализе качества материалов при выборе материала для приемников излучения [4-6]. Полученные результаты представляют интерес для разработки тепловых пироприемников излучения с различной геометрией [7-8].