Многоэлементный пироэлектрический приемник излучения

Многоэлементный пироэлектрический приемник излучения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

:ЯСС::О,О -, 447+ vy(0

1 ™,су

Союз Советскик

Социалнстически к

Республик

А „ кс. ф

<1785659 и И С А Н И" Е.

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 18,0479 (21) 2756067/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 07.12.80, Бюллетень М 45 (51)М. Кл.3

G 01 J 5/10

Государствеииый комитет

СССР

ll0 делам изобретеиий и открытий (S3) УДК 536. 52 (088.8) Дата опубликования описания 071280 (72) Авторы изобретения

Т. М. Пустовалов, В. И. Стукало, Л. С. Кременчугский и A. Я. Шульга (71) Заявитель

Опытное производство при Институте физики AH Украинской CCP (54) МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЙ ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

ПРИЕМНИК ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к конструк-, циям пирометров с электрическими детекторами излучения и может быть использовано для измерения характеристик лазерного излучения в диапазо- 5 не длин волн 0,4-50 мкм.

Для исследования распределения энергии по сечению потока излучения лазера необходимы устройства, способные зарегистрировать картину рас- 10 пределения энергии. Для этой цели используют многоэлементные приемники инфракрасного излучения 11 . Приемник излучения содержит плоские .чувствительные элементы (термопары) в ви- 15 де диска, собранные в кассетах и образующие плоскую решетку 10х10 элементов с шагом 12 мм. О распределении энергии в поперечном сечении пучка излучения судят по степени нагрева 20 термопар, осуществляющих преобразование энергии соответствующей части сечения пучка излучения в электрический сигнал.

К недостаткам этого устройства 25 следует отнести большую потерю информации при измерении неравномерного распределения энергии в сечении пучка из-за плохого использования приемной площадки (32%) и, следова- 30

\ тельно, большую погрешность регистрации картины распределения. Кроме того, время между двумя последовательными измерениями составляет для указанного устройства 10 мин, что не позволяет измерять импульсно модулированный поток и флуктуации диаграммы оси направленности лазерного пучKB °

Ближайшим техническим решением к изобретению является мозаичный пироэлектрический приемник излучения (2(.

Приемник содержит плоские пирсэлементы, собранные в колонки и ряды приемной площадки и приклеенные к общей подложке. Пироэлементы содержат слой пироактивного материала; покрытый по всей площади с двух сторон электродами, причем поверхность электродов, обращенная к источнику излучения зачернена. Перед приемной площацкой установлено защитное окно из германия. При попацании излучения на пироэлементы между электродами возникает разность электрических потенциалов (пироэффект), пропорциональная энергии излучения. Электрический сигнал затем поступает в электронную схему.

785659

Однако такая конструкция много элементного пироэлектрического приемника не лишена упомянутого выше недостатка — большой потери информации при измерении неравномерного распределения энергии в сечении пучка излучения.

Это вызвано ударным возбуждением (пьезоэффект) пирокерамики, которое передается соседним пироприемникам, имеющим одинаковые резонансные час- ., тоты, через элементы конструкции (подложку). При попадании различных уровней энергии (максимальной и минимальной) одновременно на 2 соседние пироэлементы, приемник не может их зарегистрировать (картина распреде- )5 ления энер-ии по сечению пучка получается размытой), потерей части информации о поступающем излучении из-за диффузного отражения от плоских элементов; наличием паразитных ем- щ костных связей, образованных электродами соседних пироэлементов при облучении кратковременными импульсами; селективным поглощением излучения ВхОдным Окном; наличием чернящего покрытия, снижающее быстродействие и локальную плотность потока излучения.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. увеличение энергетической разрешающей способности пироприемника.

Поставленная цель достигается тем, что в приемнике излучения.приемная площадка содержит набор диэлектрических металлизированных уп- 35 ругих лент, закрепленных обоими концами металлизированной поверхности в

П-образном держателе, между которыми установлены полостные клинообразные пироэлементы, причем диэлектрическая щ поверхность лент примыкает к рабочим граням пироэлементов.

Предлагаемый приемник позволит расширить энергетический диапазон принимаемых сигналов, устранить емкостную связь между элементами (площади рабочих электродов намного меньше рабочей поверхности 60 раз), повысить разрешающую способность устройства к регистрации различных уровней энергии пучка, что особенно необходимо при измерении пространственно-временных и энергетических характеристик лазеров с широким сечением пучков, в которых отношение падающих энергий на два соседних приемника 55 может достигать 10 раз.

На фиг, 1 изображен многоэлементный пироэлектрический приемник, общий вид, на фиг. 2 — колонка пироэлементов, закрепленных в П-образном ф) держателе, аксонометрия.

Многоэлементный пироэлектрический приемник излучения содержит пироэлементы 1, собранные в колонки и ряды приемной площадки. Каждый пирс- 65 элемент выполнен из равномерно поляризованной пироактивной керамики титаната бария в виде полого клина. На передней кромке пироэлементов размещены электроды 2, электрически связанные между собой. Вторые электроды 3, индивидуальные для каждого пироэлемента, расположены с тыльной стороны приемной площадки и подключены к соответствующим усилителям.

Каждая колонка пироэлементов ус тановлена между параллельными упругими лентами 4 (например, из металлизированной стеклолакоткани),предварительно растянутыми вдоль волокон и сжимаемыми в П-образном держателе 5 при помощи планки 6. С противоположной стороны держателя укреплены усилители 7, по одному для каждого лироэлемента.

Колонка пироэлементов установлена с симметричным зазором относительно

П-образного держателя.

Работает многоэлементный пироэлектрический приемник излучения следующим образом.

Поток излучения попадает на приемную площадку пироэлемента 1 и далее на рабочие грани. Излучение вызывает нагрев и местное разориентирование части электрических диполей в пироактивном материале, что вызывает появление электрических зарядов в результате нарушения равновесного со( стояния диполей. Ударное возбуждение пироэлемента гасится диэлектрическими упругими лентами. Электрическая емкостная связь между элементами устраняется металлизацией ленты, служащей экраном. Полученный электрический сигнал от электродов 2, 3 поступает в усилитель, а затем в схему регистрации.

Разрешающая способность устройства — регистрация в пучке двух уровней энергии составляет величину 10 раз. Быстродействие 10 В сек. Максимальная плотность получения 3 Дж/см 2.

Использование устройства позволило провести исследования пространственных энергетических и временных характеристик излучения лазеров в инфракрасной области спектра. Использование инерционных термопарных многоэлементных приемников (измерение энергии) и охлаждаемого фотодетектора (Определение постоянной времени) приводит к тому, что пространственные и временные характеристики измеряются двумя приборами, что в свою очередь приводит к увеличению времени измерения и возрастанию суммарной погрешности. Таким образом, использование изобретения позволит сократить количество приборов и время измерения.

Формула изобретения

Многоэлементный пироэлектрический приемник излучения, содержащий пиро785659

Щг l

Составитель В. Петухов

Редактор Н. Тимонина Техред С.Мигунова Корректор И. Хуска

Заказ 8827/42 Тираж 713 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 элементы, собранные в плоскую приемную площадку, и держатель, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения энергетической разрешаю1щей способности, приемная площадка содержит набор диэлектрических металлизированных упругих лент, закрепленных обоими концами в держателе, имеющем металлизированную поверхность между которыми установлены полостные клинообразные пироэлементы, причем диэлектрическая поверхность лент примыкает к рабочим граням пироэлементов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "Фотоэлектрические измерения и их метрологическое обеспечение". Тезисы докладов и ВНИИ оптико-физических измерений, 1974, с.138.

2. Буркин А. И., Сумев А. A. "Мозаичный пироэлектрический приемник излучения". Сб. Тепловые приемнику излучения. Государственный ордена

Ленина оптический институт им. С, И. Вавилова, Л., 1974, с.100104 (прототип).