Источники и приёмники Излучения, страница 49

Средний прирост температуры пироэлектрического ПИ как теплового обратно пропорпионален частоте модуляции, но скорость его изменения прямо пропорциональна частоте модуляции. Действие этих двух факторов уравновешивается в достаточно широком диапазоне частот. Втим объясняется малая инерционность пироэлектрического ПИ по сравнению с тепловыми. Равномерность частотной характеристики пироэлектрического Г!И нарушается при очень низких частотах, когда тепловые волны, пройдя приемный элемент, достигают подложки, и при слишком больших частотах, когда оии не достигают пироактивного кристалла. Если излучение поглощается на абсорбционных полосах кристалла (собссвеиное поглощение пироактивного кристалла), то инерционность ПИ определяется инерционностью пироэлектрического эффеита, т. е.

временем установления спонтанной поляризации под воздействием тепловых волн на кристалл. Следует отметить, что пироприемник не требует источников питания и работает аналогично термопаре. На рис. 7.5 показаны коиструиции ППИ типов БП-22 Га, б) и МГ-ЗО !в, г). Приемники на основе ВаТЮ„ их параметры и характеристики. Чувствительный элемент приемнииа предсгавляет собой плоский слой (40 †1 мкм) керамики титаната бария с размером приемной площадки 1 — 20 мм'. Распылением в вакууме на чувствительный элемент наносят металлические электролы толщиной 0,1 мкм. На облучаемый электрод напыляют слой золотой черни, поглощающий излучение в заданном спектральном интервале. Основные параметры приемников следующие: Ф 1 = 5 10 ' Вт)Гцы' в диапазоне 5 — 200 Гц при )т = 1 —;1О ГОм в схеме с катодным повторителем; постоянная времени при использовании золотой черни 1 — 20 мкс при собственном поглощении ! 0 ' — ! О е с; вольтовая чувствительность 5г = 100 В)Вт при )и = 10 Гц, Як = !О ГОм и площади чувствительного элемента 1 мм', динамический диапазон измеряемых облучеиностей 1О ' — 10 ' Вт)мм', ППИ на основе монокристаллов триглнциисульфата.

Динамический пироэлектри- О) Х,. В/дт ддддд ческий коэффициент и отношение,; 7 опцие у триглицинсульфата (ТГС) е 'тд / выше, чем у титаната бария. Моно- кристаллы ТГС выращиваются -ч больших размеров и легко обрабатываются. Чувствительный элемент ППИ на основе ТГС представляет собой 'ьэе70 "077ГЧ'~' пластинку, изготовленную нз монокристалла площадью 1 — 5 мм' и толщиной 50 — 150 мкм.

Конструктивное оформление чувствнтелье»0 Лд ного элемента показано на ддмдм рис. 7.6, а. м и Хд/Ио На рис. 7.6, б приведены частотные характеристики чувствительности и Ф, для ППИ толщиной 50 мкм и площадью 1 мм'. Из )дгдм 'О рисунка видно, что при =10 ГОм Фп = 10 Вт)Гцы и мало зависит от частоты. Гранич- 7 70 гдд гдддбгч ная частота модуляции ППИ из Рис. 7лх Чувствительный элемент ТГС пРи )тн = !00 КОм сосгавлЯ- ППИ на основе ТГС (а) и частотные ет 18 кГц. Шум ППИ во всем диахарактеристикн чувствительности назоне частот равен шуму Эквнваи порогоного потока в единичной лентной ЯС-цепочки. Линейность полеке частот ППИ из ТГС при различных сопротивлениях нагруэ. ППИ из ТГС прн )тэн =- 10 ГОм ки (б): сохранялась при облученности т — тгс: а — поглощэтащве покрытию !0"а 10 з Втгмма.

Оптимальная а — электроЛы; 4 — опорное кольцо; а — мвалвроввв олеввв рабочая температура ППИ на ос- нове ТГС 3!8 — 319 К. Приемники полного поглощения на основе пироэлектрических преобразователей. Пироэлектрические приемники поглощения имеют очень важное значение, так как они неселективны. Их изготавливают в виде черного тела конусообразной или сферической формы (рис. 7.7, а, б). Коэффициент поглощения может достигать 0,999.

Пироэлектрическве приемники полного поглощения неселективны в широком спектральном интервале, о чем свидетельствует рис. 7.7, а, где сравнивается чх спектральная характеристика тока сигнала с характеристиками болометров. Многоэлементные ППИ. Многоэлементный ППИ состоит из 25 и более чувствительных элементов, расположенных с зазором 0,05 мм при размере элемента 3 м 3 мм. Каждый из чувствительных элементов имеет свой предварительный усилитель.

Размер электродов совпадает с размером пироактнвного кристалла, что уменьшает теплоемкость элемента и дает возможность монтировать элементы с минимальными межэлементными зазорами. За счет прнмененяя лакосажевой проводящей композиции функции про- 222 0) )еые -,Рл'ад Гас. 7.7. Пироэлсцтрические приемннкь полного погло~цения сферического (а) и ко«усообразното поперечяого (б) типов и относительные спектраль иые характеристики тока сигнала не. которых болоыетроч., измеренные по отношению к эталонному пироэлектрическому приемнику полного погло- щения (а): т — ППИ, а — цолупреволвввовыа боло- ы*тр; 3 — эвеыутовыа болоыетр д 7 З )д д,млм водящего электро:да совмещаются с функциямч поглощаюгцеэо покрытия Ччвствнтельные элементы укреплены рэ основании из органического стекла при помокни серебряного контаьтз.

Сигналы с них снимаются через электрически изолированные от основания контакты из красной меди. Чугстпчтельные элементы мозаики ншцишеиы плоским окном нз германия..т(иаметр прибора (вместе с предусилителими) 40 мм, его длина 70 ым. 2 7.5. Радиацнониыс калорнметры Принцип действии радиационного калориметра состоит в тепловом воздейсгвни потока излучения на массивный, конструктивно развитии приемный элемент, повышение температуры которого, пропорциональное потоку излучения, измеряется с помощью термопар, термосопротивлений, пироактивных элементов либо емкостйых датчиков. По форме приемното элемента радиационные калорнметры делят иа плоские и полостные, а по виду агрегатного состояния материала приемного элемента — на твердотельные и комбинированные, когда в твердотельной оболочке за прозрачным входным окном содержатся поглощающий газ илн жидкость.

В комбинированных радиационных калоримеграх излучение поглощается объемным поглотнтелем, н онп выдерживают большие лучевые нагрузки. Твкие калориметры можно использовать как епроходные», работающие на пропускацие. К объемным поглоти- 223 7 о « ь~ Ф й) р 1рп12 4» Рвс. 7.8. Устройство некоторых тигов оте«ествевкмх калоркметров гелям относят также твердотельные поглотители из прозрачного материала. Наиболее распространены радиационпые калориметры для измерения усредняемых во времени энергетических параметров лазерного излучения — энергии и средней мощности. Различают калориметры переменной температуры (неизотермические) и постоянной температуры (изотермяческие).

Радиационные калориметры энергии переменной температуры работают в режиме измерения энергии огпократных импульсов лазерного излучения. Они вырабатывают выходной электрический сигнал в виде амплитудного значения напряжения, пропо циоый максимальному значению приращения температу ы « ~ ", р ч вств у т ительного элемента за счет поглощенной энергии импульса.

а р уры Уравнение преобразования такого калориметра )' амх ~«к~ + 1 в г е1» где 1,„— максимальное значение э. д. с. термобатареи или падение напряжения на термометре сопротивления после взаимодействия энергии импульса я, с приемным элементом; ос — коэффициент преобразования энергии в электрический сигнал, или вольтовая чувствительность калориметра; )г„— начальное значение напряжения до воздействия импульса. мет Э Наиболее простой н распространенный радиационный кал орир П-50 имеет плоский (алюминиевый, чериеиый) приемный элемент в виде пластины 49 х 49 мм (рис. 7.8,а). 224 Чувствительный эле»«ент 2 — термоэлектрическая медно-коистантановая термобатарея — содержит более 2000 термопар.

«Горячие» спаи термобатареи соединены с приемным элементом 1, а «холодные» вЂ” с пассивным термостатом 3. ЭП-50 не имеет встроенного калибровочного электронагревателя заалещения. Близки по конструктивному оформлению радиационные калориметры лазерного излучения ТПИ-2-5, ТПИ-2-7 и ТПИ-2М с приемными элементами, изготовленными из рекристаллизированного графита.

что исключает необходимость в поглощающем покрытии. У ТПИ-2М (рис. 7.8, б) приемный элемент '4 (57х57 мм) имеет канавки треугольной формы для повышения поглощения градуировки калориметра методом замещения. Чувствительный элемент — хромель-копелевая термобатарея 8 (от 60 до 100 термопар). В приемный элемент 4 помещен нагреватель замещения 5. Оболочка преобразователя 7 изготовлена из дюралюминия (квадрат 60х60 мм) и в нее «утоплен» приемный элемент 4.

Зеркальные поверхности скошенных граней оболочки отражают излучение, попадающее в зазор между приемным элементом и самой оболочкой, на приемный элемент. Квадратная форма оболочки с радиатором позволяет собирать калориметрические блоки в виде панелей из отдельных преобразователей. «Горячие» спаи термопар отделены от приемного элемента 4 втулками б из теплоизоляционного материзла для приближения режима остывания приемного элемента к регулярному в момент получения измерительной информации. У ТПИ-2А втулки б заменены кольцом.

В преобразователях ПК-50, КДС и БКД применены объемные поглоти. тели из дымчатого стекла, а в ИЖК-1 — раствор медного ку. пороса. Из полостных радиационных калориметров наиболее распространены серийно выпускаемый промышленностью ИМО-2 с приемным элементом в виде медного конуса 9, с поглощающим покрьтием (рис. 7.8, в), со встроенным электрическим нагревателем замещения 10 и медно-константановой батареей !1, содержащей 2000 термопар, равномерно распределенных между наружной поверхностью приемного элемента и поверхностью пассивной теплоемкости 12. Конические приемные элементы имеют преобразователи М3-18, М3-24, М3-49, ИЭК-!, КОД-21, ПП-1, ПП-2, В преобразователе типа КОД плотность лазерного излучения снижается за счет большой поверхности конуса при малом угле раскрытия, что увеличивает динамический диапазон его работы.

В 1ИКТ-1М ставят элемент из сапфира, предварительно рассеивающий излучение лазера, попадающее в конус. Для измерения средней мощности лазерного излучения можно использовать ИМО-2, так как у него большое число коротких электродов термобатареи, осуществляющих сток тепла от конуса к оболочке и далее в окружающую среду.

Для измерения слабой средней мощности применяют ОИМ-1 (рис. 7.8, г), с комбинированной формой приемного элемента 225 (сфера с обратным конусом), выполненного из меди с поглшцаю им покрытием !5. щающим ОИМ-1 имеет рабочий и компенсационныи элементы со встроенными электрическими обмотками для замещения 14 с термопар- ными батареями 1д и пассивным термостатом 1б. Для болыпих уровней средней мощности применяют приемные элементы в виде графитовых стержней (ТПИ-5), один то ец ко « восп ииим е р мает излучение, а другой омывает термостатированная жидкость.