Элементы теории тепловых приемников излучения

Неосвещенный приемник находится в тепловом равновесии с окружением. Его приемная площадка имеет температуру .

Поглощаемый световой поток повышает ее температуру до , что сопровождается переносом тепла от приемной площадки к окружению. Перенос тепла тем больше, чем больше разность . Рост температуры освещенной приемной площадки прекратится, когда установится баланс (равенство) между потоком энергии, переносимой на площадку светом, и потоком тепла от нагретой площадки к окружению. Имеются три канала обмена тепловой энергией между приемной площадкой и окружением: тепловое излучение (в инфракрасной области спектра), теплопроводность газового окружения и теплопроводность элементов конструкции, поддерживающих площадку и обеспечивающих электрические соединения:

Здесь W – мощность светового потока,

S – полная площадь приемной площадки,

σ, A, B – константы, характеризующие излучательную способность приемной площадки, теплопроводность газа и теплопроводность несущих элементов соответственно.

Поскольку всегда мало, имеем

где - коэффициент, характеризующий суммарную теплоотдачу. Или

∆T = W/β

Очевидно, чем меньше β, тем выше вольтваттная чувствительность приемника. При изготовлении высокочувствительных приемников стремятся уменьшать площадь приемной площадки, помещают ее в вакуум, уменьшают теплопроводность элементов конструкции. Уменьшение площади и вакуумирование приемника понижает также шумы, а с ними – пороговый поток.

Однако одновременно увеличивается инерционность приемника:

,

где с – удельная теплоемкость приемной площадки, m – ее масса.

Для уменьшения постоянной времени используют конструкции с минимальной теплоемкостью, но иногда приходится искусственно увеличивать теплопроводность элементов конструкции или увеличивать конвекционное охлаждение, отказываясь от вакуумирования.

Обычный способ использования болометра состоит в пропускании постоянного тока через него и последовательно соединенное с ним нагрузочное сопротивление. При поступлении на приемный элемент прерываемого (с помощью внешнего модулятора) лучистого потока возникающая на нагрузочном сопротивлении слабая переменная ЭДС подается (через разделительную емкость) на вход усилителя переменного тока, настроенного на частоту прерывания лучистого потока модулятором. Таки образом, в этом случае требования к приемнику, имея в виду получение малых значений постоянной времени, остаются теми же, что и к термоэлементам. Различные стороны действия болометров были рассмотрены Джонсоном, Чесмером, Робертсом и Фреем, Мёнхом и Конозенко, Фэсоном и Рейманом, а также Бишофом и др.

Поиск по сайту: