Научный журнал

Международный журнал экспериментального образования

ISSN 2618–7159

ИФ РИНЦ = 0,425

• Авторы
• Файлы
• Литература

Иванов В.И. 1 Карпец Ю.М. 1

---

1 Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Статья в формате PDF

0 KB

1. Косоротов В.Ф., Кременчугский Л.С., Самойлов  В.Б., Щедрина Л.В. Пироэлектрический эффект и его применения // под ред. Кременчугского Л.С. АН УССР. Ин-т физики. – Киев: Наукова думка, 1989. – 224 с.

2. Иванов В.И., Карпец Ю.М., Климентьев С.В. Тепловые приемники излучения на основе тонкослойных структур металл – сегнетоэлектрик – металл: монография – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2008. – 80 с.

3. Здоровцев Г.Г., Иванов В.И., Карпец Ю.М., Климентьев С.В. Термоэлектрические свойства несимметричной сэндвичной структуры металл-ниобат лития-металл // Известия Томского политехнического университета. – 2007. – Т. 311. – № 2. – С. 102-105.

4. Здоровцев Г.Г., Иванов В.И., Марченков Н.В. Термостимулированная ЭДС в сэндвичной структуре металл–ниобат лития-металл // Информатика и системы управления. – 2005. – № 1 (09). – С. 55-60.

5. Иванов В.И., Карпец Ю.М., Климентьев С.В. Термоэдс в легированных кристаллах ниобата лития с электродами из различных металлов // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2001. – № 1. – С. 96-97.

6. Ivanov V.I., Karpets Yu. M., Kliment’ev S.V. Thermo-EMF in doped lithium niobate crystals with electrodes made of different metals // Russian Physics Journal. 2001. – V. 44. – № 1. – pp. 119-121.

7. Иванов В.И., Климентьев С.В., Корчевский В.В. Использование динамического пироэффекта в термовольтаическом приемнике излучения // Вестник Тихоокеанского государственного университета. – 2010. – № 2. – С. 013-018.

8. Здоровцев Г.Г., Иванов В.И., Климентьев С.В., Криштоп В.В. Характеристики приемника излучения на основе структуры металл – сегнетоэлектрик – металл // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. – 2006. – Т. 49. – № 8. – С. 45-46.

Пироэлектрические кристаллы широко используются в качестве чувствительных элементов тепловых приемников излучения (ПИ) [1]. Традиционно для выбора того или иного пироэлектрического материала используется критерий качества [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: , где – модуль передаточной функции, соответствующий вольт-ваттной чувствительности детектора.

Модуль передаточной функции определяется из выражения [1]:

(1)

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

Динамический диапазон определяется из выражения где F_max – 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]:

(2)

где T_K – температура Кюри для данного пироматериала (T_K/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 [1] выражаем пороговую чувствительность ППИ:

(3)

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

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

(4)

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

(5)

Определяем динамический диапазон ППИ как:

(6)

В полном виде критерий W1 принимает вид:

(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].

Библиографическая ссылка