Импульсный пироэлектрический приемник излучения

Импульсный пироэлектрический приемник излучения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (i ц 769356

Фовз Советских

Социалистических

Республик в. 17 Б (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 17.01.79 (21) 2713549/18-25 (51) М. Кл.в

G 01J 5/10 с присоединением заявки

Гещдаротвеииый комитет

СССР пе делам извбретеиий и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 07.10.80. Бюллетень № 37

Дата опубликования описания 07,10.80 (53) УДК 536.S(088.8) (72) Авторы изобретения

В. Ф. Косоротов, Л. С. Кременчугский, В. Б. Самойлов, Н. А. Цоглина и А. Я. Шульга

Институт физики АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) ИМПУЛЪСНЫЙ ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЯ ПРИЕМНИК

ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к области аппаратуры для измерения характеристик радиационных потоков, а именно к тепловым приемникам излучения и может быть использовано в устройствах для измерения энергии 5 и мощности импульсного лазерного излучения.

Известны пироэлектрические приемники излучения, обладающие достаточным быстродействием (до 10 —" с) и высокой сте- 10 пенью неселективности: от вакуумного ультрафиолета до субмиллиметровой области спектра (1).

Однако измерения энергетических параметров мощных импульсных лазеров связа- 15 ны с большими трудностями, так как генерация излучения, как правило, сопровождается значительными акустическими эффектами. Воздействие звуковой волны на чувствительный элемент приемника приводит к 20 возникновению в нем паразитного сигнала, маскирующего полезный сигнал и, следовательно, к понижению точности измерения параметров лазерного импульса.

Известен также пироэлектрический при- 25 емник излучения, в котором чувствительный элемент выполнен из материала с большими акустическими потерями (2). Это приводит к затуханию звуковой волны, распространяющейся в чувствительном элемен- ЗО те и к уменьшению амплитуды паразитного сигнала. Указанный приемник обладает следующим недостатком: введение в материал чувствительного элемента лримесей, повышающих акустические потери, приводит к ухудшению пироэлектрических характеристик материала и к понижению чувствительности приемника.

Наиболее близким к изобретению является пироэлектрический детектор, содержащий два чувствительных элемента, установленных так, что они подвергаются одним и тем же акустическим вцбрациям (3). Один из элементов в известном устройстве экранирован от детектируемого излучения. Предусмотрено средство для вычитания сигналов, снимаемых с чувствительных элементов с целью подавления ложных. пьезоэлектрических сигналов, возникающих под действием вибраций.

Недостатком известного пироэлектрического детектора является то, что вследствие неиндентичности чувствительных элементов всегда имеет место различие амплитуд и фаз гармонических составляющих пьезоэлектрических сигналов, причем эти различия будут особенно сильны в диапазонах частот, близких к частотам механических резонансов чувствительных элементов, где влияние вибраций наиболее значительно.

769356

Цель изобретения — повышение точности измерения энергетических характеристик мощности импульсного излучения путем разделения во времени паразитного сигнала, вызванного акустическим воздействием, и полезного сигнала, вызванного радиационным воздействием.

Поставленная цель достигается тем, что между поглощающим покрытием и одним из электродов размещен разделительный слой из материала, время тепловой диффузии которого больше времени затухания звуковой волны, а теплоемкость — меньше теплоемкости чувствительного элемента, причем толщина слоя определяется из условия соблюдения соотношения и (2 2 у

tl с,, где и — температуропроводность разделительного слоя;

Ci — удельная теплоемкость разделительного слоя;

pi — плотность разделительного слоя;

u — скорость звука в разделительном слое;

Ср — удельная теплоемкость пироактивного слоя;

p> — плотность пироактивного слоя;

d — толщина пироактивного слоя. . На фиг. 1 — схема импульсного пироэлектрического приемника излучения; на фиг. 2 — временная зависимость теплового (Ф,) и акустического (W«) импульсов; а — на облучаемом электроде; б — на пироактивном слое после прохождения через разделительный слой. °

Импульсный пироэлектрический приемник излучения состоит из поглощающего покрытия 1, электродов 2, 3, пироактивного слоя 4, разделительного слоя 5.

Принцип работы приемника излучения заключается в следующем. На поглощающее покрытие одновременно действуют радиационный импульс мощностью Ф, и акустический импульс мощностью W«(фиг.

2,а). Радиационный импульс, действуя на поглощающее покрытие, вызывает изменение температуры последнего. Дальнейшее распространение акустической и тепловой волн в приемнике излучения подчиняется различным законам. Акустическая волна . достигает чувствительного элемента через ! промежуток времени т, = —, где f — толщина разделительного слоя; о — скорость звука в нем.

Тепловая волна задерживается разделительным слоем на время, пропорциональное

cro диффузионной постоянной времени

2 ! тg и где и — температуропроводность. В частности из решения уравнения теплопроводно. сти следует, что пироэлектрический ток и рассматриваемом приемнике достигает своего максимального значения через проме1

5 жуток времени — т„„ после начала дейст6 вия импульса. Таким образом, если выполняется условие

1 — „,) „, (1)

10 электрический сигнал, обусловленный радиационным импульсом, и сигнал, обусловленный акустическим импульсом,.будут разделены во времени (фиг. 2,б), что дает воз15 можность проводить точные измерения энергетических характеристик радиационного импульса. Из (1) следует первое требование, предъявляемое к толщине разделительного слоя.

f). (1,à)

Для того чтобы разделительный слой не ухудшал значительно чувствительность при25 емника, необходимо, чтобы его теплоемкость не превышала теплоемкость пироактивного слоя. Отсюда получаем второе требование к толщине разделительного слоя: (2) с,, С, pi — удельная теплоемкость и плот. ность разделительного слоя;

d, С, р2 — толщина, удельная теплоемкость и плотность пироактивного слоя.

Применение приемника излучения дас г возможность повысить точность измерения энергетических характеристик мощного пм40 пульсного излучения путем временной с лекции составляющих сигнала, обусловленных измеряемым излучением и акустическими помехами.

Ежегодный экономический эффект о применения импульсного пироэлектрического приемника излучения может быть получен благодаря тому, что данный приемник повышает точность измерении энергетических характеристик мощных лазеров. Для

50 получения среднего значения выходной мощности такого лазора количество импульсов излучения можно уменьшить в два раза. Это составляет экономический эффек порядка 10 — 15 тыс. руб. в год на одной ла55 зерной установке.

Фор мула изобретения

Импульсный пироэлектрический приемник

50 излучения, содержащий чувствительный элемент с электродами, между которыми расположен пироактивный слой, и поглощающее покрытие, о тл и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности из

65 мереппя энергетических характеристик

769356 м(г! — Риз.!

Фиг, 2

Составитель Н. Дроздова

Редактор В. Большакова Техред И. Пеичко Корректор Т. Трушкина

Заказ 48/!О Изд. М 529 Тираж 772 Подписное

НПО <Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! !3035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5

ТипограФия, пр. Сапунова, 2 мощного импульсного излучения, между поглощающим покрытием и одним нз электродов размещен разделительный слой из материала, время тепловой диффузии которого больше времени затухания звуковой волны, а теплоемкость — меньше теплоемкости чувствительного элемента, причем толщина слоя определяется соотношением ((С2

О с,, где а — температуропроводность разделительного слоя;

C> — удельная теплоемкость разделительного слоя;

p> — плотность разделительного слоя, v — скорость звука в разделительном слое;

Сх — удельная теплоемкость пироактив5 ного слоя;

p> — плотность пироактивного слоя;

d — толщина пироактивного слоя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

>О 1. Авторское свидетельство СССР № 346597, МКИ G 01 J 5/50, 1970.

2. Патент США № 3571593, НКИ 250 — 83, опублик. 1977.

3. Патент Великобритании № 1464555, !

5 НКИ G 1А, 1977 (прототип).