Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Детекторы ИК-излучений



Тепловые ИК детекторы первоначально использовались для определения ИК из­лучений среднего и дальнего ИК диапазонов и для проведения бесконтактных температурных измерений, которые в течение последних 60 лет стали называться пирометрическими. Это название произошло от греческого слова риr, обозначаю­щего огонь. Соответствующие термометры получили название пирометров. В на­стоящее время бесконтактные методы измерения температуры используются очень широко: от определения минусовых температур до детектирования температуры различных пламен. Поэтому такие методы получили название радиационной тер­мометрии.

Типовые ИК бесконтактные датчики температуры состоят из следующих частей:

1. Чувствительного элемента, реагирующего на электромагнитные излуче­
ния ИК диапазона. Основными требованиями, предъявляемыми к нему, являют­
ся: быстродействие, воспроизводимость, высокая чувствительность и хорошая
долговременная стабильность.

2. Опорной конструкции, поддерживающей чувствительный элемент и обес­
печивающей доступ к нему излучения. Конструкция должна обладать низкой теп­
лопроводностью для снижения тепловых потерь.

3. Корпуса, защищающего чувствительный элемент от воздействия окружа­
ющей среды. Корпус должен быть герметичным. Его часто заполняют сухим воз­
духом или инертным газом (аргоном или азотом)

4. Защитного окошка, прозрачного для излучения исследуемого диапазона
длин волн. На поверхность окна часто наносят специальное покрытие с целью
улучшения его пропускающей способности для волн определенной длины и филь­
трации излучений нежелательного диапазона спектра.

В областях, лежащих ниже среднего ИК диапазона спектра, чувствитель­ность тепловых детекторов гораздо ниже, чем у квантовых датчиков. Их прин­цип действия основан на превращении теплового излучения в тепло с последу­ющим преобразованием уровня тепла или теплового потока в электрический сигнал, для чего применяются традиционные методы тепловых измерений. Для детектирования теплового излучения подходит практически любой датчик тем­пературы. Однако из уравнения (3.133) главы 3 видно, что поток ИК волн, по­глощенный тепловым детектором, пропорционален геометрическому фактору А, который при равномерном пространственном распределении излучения ра­вен площади чувствительного элемента датчика. Например, если датчик тепло­вых излучений, обладающий идеальной поглощающей способностью и площа­дью чувствительного элемента 5 мм2, находящийся при температуре 25°С, по­местить внутрь камеры с температурой 100°С, он получит мощность излучения, равную 3.25 мВт. Температура датчика будет расти до тех пор, пока не наступит состояние теплового равновесия между ним и окружающей средой. Как быстро


это произойдет, зависит, главным образом, от теплоемкости датчика. Следует отметить, что на практике температура чувствительного элемента никогда не становится равной температуре исследуемого объекта. Реальный датчик, в от­личие от идеального, обладает далеко не идеальным теплообменом с источни­ком тепла. Хотя между объектом и чувствительным элементом происходит теп­лопередача за счет радиационного излучения, значительная часть тепла уходит на прогрев опорной конструкции, проводов, гравитационную конвекцию и че­рез паразитные излучения. Поэтому равновесная температура будет находиться где-то между температурой объекта и исходной температурой теплового детек­тора.

Все тепловые детекторы излучений можно разделить на два класса: пассив­ные ИК (ПИК) и активные ИК (АПК) детекторы. Пассивные датчики поглоща­ют входящее излучение и превращают его в тепло, в то время как активные детек­торы вырабатывают тепло при помощи специальных схем возбуждения.

 

Ячейки Голея

Рис.14.19. Детектор излучений среднего и даль­него ИК диапазонов на основе ячейки Голея

Ячейки Голея являются широкополос­ными детекторами ИК излучений. Они обладают очень высокой чувствитель­ностью, но также довольно хрупкой конструкцией. Принцип действия яче­ек Голея основан на детектировании теплового расширения газа, заключен­ного в замкнутом объеме. Поэтому та­кие датчики иногда называются термо­пневматическими детекторами. На рис. 14.19 показана схема детектора излуче­ний, реализованного на базе ячейки Го­лея, состоящей из замкнутой камеры с двумя мембранами: верхней и нижней. На верхнюю мембрану наносится слой, поглощающий тепло, а поверхность нижней мембраны делается зеркальной (например, покрывается А1).

Источник света направлен на зеркальную поверхность. Падающий луч света отражается от поверхности и попадает на детектор положения. На верхнюю мем­брану действует исследуемое ИК излучение, поглощаемое ее покрытием. Погло­щенное тепло приводит к повышению температуры мембраны, которая, в свою очередь, нагревает газ, заключенный в камере. Газ расширяется и его давление увеличивается. Увеличение внутрикамерного давления приводит к деформации нижней мембраны. Изменение кривизны зеркальной поверхности мембраны ока­зывает влияние на направление отраженного луча света, который теперь попада­ет на другое место чуствительной зоны датчика положения. Величина отклоне­ния положения отраженного луча зависит от степени деформации мембраны и, следовательно, от интенсивности поглощенного излучения. Такие датчики могут изготавливаться по технологии производства микросистем (см. главу 18). Степень деформации мембраны иногда измеряется и другими методами, например, при помощи интерферометра Фабри-Перо (см. раздел 7.5 главы 7)


 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.