РОСФИНМОНИТОРИНГ Пироэлектрический приемник излучения
Q n И C A Н И E (ii)752I45
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
С 01 3 5/58
Государственный комитет ло делам изобретений и открытий (53) УДК 536.52.2 (088.8) (72) Авторы изобретения
В. 3. Бородин, Ю. Н. Захаров, Л. Е. Сошников, И. И. Дейников и Б. Ц. Шпитальник
Ростовский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет (71) Заявитель (54) ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК ИЗЛУЧЕНИ
Изобретение относится к радиационной пирометрии, а более конкретно к пирометрам с электрическими детекторами излучения, и может быть использовано как на
Земле, так и в космосе для пирометрических измерений в широком интервале температур.
Известны пироэлектрические приемники излучения, в которых чувствительный элемент термостатируется. Для этого его размещают в камере-термостате, которая поддерживает температуру чувствительного элемента в пределах 0,1 С в районе температурного фазового перехода. Этим достигается максимальная вольт-ваттная чувствительность для данного типа элемента.
Однако, из сказанного выше не следует, что изменение температуры окружающей среды в широких пределах (20 — 100 С) никак не повлияет на стабильную работу чувствительного элемента. Таким образом, термостатирование не обеспечивает устойчивой работы пироприемников в широком интервале, вследствие чего они не могут быть использованы при измерениях в условиях с частым изменением температуры окружающей среды, например, космического пространства.
Ближайшим техническим решением является приемник теплового излучения, содержащий усилитель, чувствительный элемент, подключенный ко входу усилителя и систему термостабилизации. Этот приемник имеет довольно широкий интервал температур
5 эксплуатации до 400 С. Однако,постоянство обнаружительной способности, выходной мощности сигнала и шума сохраняется лишь в диапазоне (от +20 до — 60 С), несмотря на то, что пироэлектрический коэф10 фициент остается постоянным в пределах
5% от 20 до 100 С. Изменение выходных характеристик пиропрпемника объясняется рассогласованием между импедансом чувствительного элемента и сопротивлением
I5 входа усилителя, которое происходит за счет изменения сопротивления сегнетоэлектрика. При этом значительно уменьшается рабочий диапазон температур, в котором наблюдается постоянство характеристик
Целью изобретения является повышение точности и расширение рабочего диапазона температур за счет компенсации помех, об25 условленных колебаниями проводимости материала чувствительного элемента.
Цель достигается тем, что чувствительный элемент, разделен на поляризованную и неполяризованную части равной площа30 ди, а неполяризованная часть включена по752145 следовательно в цепь обратной связи усилителя.
На фиг. 1 показана блок-схема предложенного пироэлектрического приемника; на фиг. 2 — чувствительный элемент прием- 5 ника; на фиг. 3 — график зависимости вольт-ваттной чувствительности приемника от температуры окружающей среды. . Пироприемник содержит усилитель 1, чувствительный элемент из поляризованного 2 10 и неполяризованного 3 элементов. Элемент
2 подключен ко входу усилителя, а элемент 3 включен в цепь обратной связи усилителя.
На фиг. 2 показана конструкция чувстви- 15 тельного элемента, который состоит из поляризованной части (приемный элемент)—
2, неполяризованной части (согласующий элемент) — 3, электродов — 4.
Чувствительный элемент выполнен из 20 сегнетоэлектрической керамики ТВ-2, у которой Т,=640 С, в=200, у=0,4 10 — 8 ед.
СС вЂ” SE. На вырезанный в виде диска элемент через маску напылением в вакууме наносятся электроды, и затем средняя часть 25 (элемент 2) поляризуется в электрическом поле.
Пироприемник работает. следующим образом. При изменении температуры окружающей среды одновременно меняются 30 импедансы как приемного 2, так и согласующего 3 элементов. Так как оба элемента идентичны, то их импедансы меняются одинаково, следовательно коэффициент передачи изменяться не будет. Таким образом, 35 идеальное согласование обеспечивает неизменность выходного сигнала.
На фиг. 3 показана зависимость вольтваттпой чувствительности S(T) от температуры окружающей среды, полученная для пироприемника. Случай компенсации проводимости иллюстрируется кривой — 1, а кривая — 11 отображает зависимость S(T) для обычного режима работы пироприемника.
Из приведенного графика видно, что постоянство характеристики S (T) достигается в диапазоне температур от 20 до 400 С.
Такие технические данные позволяют применить пироэлектрический приемник с компенсацией помех, вызванных проводимостью при работе в жестких климатических условиях, а также в условиях космического пространства.
Пироэлектрический приемник излучения, содержащий усилитель, чувствительный элемент, подключенный ко входу усилителя и систему термостабилизации, о т л и ч а ющи и ся тем, что, с целью повышения точности и расширения рабочего диапазона температур, чувствительный элемент разделен на поляризованную и неполяризованную части равной площади, а неполяризованная часть включена последовательно в цепь обратной связи усилителя.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент Франции М 2027934, кл. G 01 J
2. Авторское свидетельство СССР
М 309255, кл. G 01 J 5/20, 1971 (прототип)..риаз т д гаа таа
ыа т, а
Составитель В. Петухов
Техред А. Камышникова Корректор Т. Трушкина
Редактор Н. Коляда
Типография, пр. Сапунова, 2
Заказ 1462/14 Изд. № 395 Тираж 729 Подписное
НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5
Диссертация, – 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья
Автореферат – , доставка , круглосуточно, без выходных и праздников
Введение к работе
Актуальность темы. Развитие экспериментальной техники наряду с успехами технологии по выращиванию совершенных монокристаллов новых материалов (совместно с требованиями индустрии по созданию современных технических систем, в том числе на микро- и наш- уровнях) приводит к обнаружению необычных свойств и явлений как в новых, так и в хорошо известных материалах, традиционно и широко используемых в промышленности (например, кварц, арсениды, купраты, а также некоторые чистые и сверхчистые металлы и их сплавы). В числе этих феноменов можно назвать, как наиболее яркие, квазикристаллы, несоразмерные сверхструктуры, высокотемпературную сверхпроводимость и имеющиеся многочисленные свидетельства аномалий, связанных либо с фазовыми переходами, либо с их предвестниками.
С другой стороны, с теоретической точки зрения экспериментальные факты, которые имеют сходные черты и наблюдаются как в разных материалах, так и в разных областях физики твердого тела, имеют тенденцию к обобщению и пониманию на основе единых физических представлений и простых, поддающихся анализу, моделей.
Соединения дифосфидов кадмия и цинка А2В25 представляют собой широкозонные полупроводники со структурой, характеризующейся тетраэдрической координацией атомов. Последние годы они интенсивно исследовались благодаря перспективам применения в технике в качестве функциональных материалов. При высокой степени структурного совершенства, кристаллы обнаруживают такие необычные физические свойства, как несоразмерная сверхструктурная модуляция в широком температурном диапазоне, последовательность структурных фазовых переходов, политипизм и микродвойникование. Несмотря на большое внимание к этим соединениям, физические свойства кристаллов на макро- и ме-зо- уровнях и их связь с процессами, происходящими в решеточной и других подсистемах кристалла, изучены недостаточно. Вопросы структурной неустойчивости в этих материалах и особенности поведения их физических свойств при структурных трансформациях также не до конца ясны.
Интерес к изучению свойств и структурных преобразований в кристаллах широкозонных полупроводников А2В5 связан с особенностями их кристаллического строения. Кристаллы тетраэдрически координированы и на основной ко-валентный тип химической связи накладывается примесь ионной связи. Тетраэдры, образующие непрерывную сетку, сильно искажены, что влечет за собой неустойчивость решетки по отношению к структурным преобразованиям и образованию различного типа сверхструктур. Искажения структур и связанные с этим характерные перестройки относятся к особенностям соединений группы А2В5, однако механизмы образования искажений до сих пор не ясны.
При определенных условиях члены высших степеней в разложении по степеням термодинамического потенциала могут играть заметную роль в физических процессах, происходящих в системе при изменении внешних условий. Это
приводит к неустойчивости решетки, ангармонической по происхождению; решетка является, по существу, ангармонически нестабильной. В кристаллах ди-фосфидов, в которых при простой химической формуле элементарная ячейка состоит из 24 атомов и зигзагообразные цепочки из атомов фосфора проходят через весь кристалл, образуя гигантские молекулы, молото ожидать присутствие сильных нелинейных эффектов и ангармонической неустойчивости. Это вызывает особый интерес к исследованию свойств соединений семейства А2В5 и кристаллов дифосфидов кадмия и цинка, как модельных, при изучении ангармонической неустойчивости в кристаллах.
В широкозонных полупроводниках электронная подсистема оказывает достаточно сильное влияние на структурные свойства и взаимовлияние решеточной и электронной подсистем может проявляться сдвигом температуры фазового перехода, эффектами термической памяти и возникновением неустойчивых ме-тастабильных состояний с фазовыми переходами между ними.
Представляет несомненный интерес исследование физических свойств кристаллов дифосфидов кадмия и цинка в широком интервале температур и вблизи структурных фазовых переходов с применением прецизионных методов исследований, которые позволяют более детально выяснить процессы структурных преобразований и фазовых переходов в кристаллах и прояснить их физические механизмы и механизмы структурных искажений.
Основной целью настоящей работы являлось установление закономерностей изменения упругих, диэлектрических и структурных свойств дифосфидов кадмия; и: цинка под воздействием температуры и связи их с особенностями кристаллической структуры и межатомного взаимодействия, а также выяснение природы и механизмов процессов, управляющих аномальными явлениями в кристаллах этих соединений.
В соответствие цели, необходимо было решить следующие задачи: 1.’ Изучить упругие, диэлектрические и структурные свойства монокристаллов широкозонных полупроводниковых соединений a-ZnP2, P-Z11P2 и p-CdP2 в широкой области температур существования “дьявольской лестницы” структурных фазовых переходов и несоразмерной сверхструктурной модуляции.
2. Исследовать особенности поведения изучаемых свойств кристаллов и их изменения в областях вблизи структурных фазовых переходов (областях ано мального поведения физических свойств или промежуточного состояния), где можно ожидать появления ангармонической неустойчивости решетки.
В ходе работы возникли дополнительные задачи:
температурные зависимости упругих свойств монокристаллов дифосфидов кадмия и цинка в области 78-400 К. По результатам проведенных исследований определены упругие модули, степень упругой анизотропии, параметры Грюнай-зена, температуры Дебая и силовые постоянные кристаллов. На кривых температурных зависимостей упругих модулей, диэлектрической проницаемости и параметров решетки обнаружена последовательность сложных аномалий вида регулярных температурных областей с аномальным поведением исследованных свойств, свидетельствующая о структурных превращениях в кристаллах. Поведение решетки в аномальных областях объясняется ангармонической нестабильностью и описывается модифицированной моделью Крумхансла – Шриф-фера. В тетрагональных модификациях дифосфидов обнаружен температурный глобальный гистерезис скорости звука, свидетельствующий о наличии несоразмерной сверхструктурной модуляции в этих кристаллах. В результате дополнительно проведенных ультразвуковых исследований монокристаллов переходных металлов Мо и W в температурном интервале 78-400 К обнаружены области (ATslO К) аномального изменения скорости ультразвука, подобные наблюдаемым в кристаллах дифосфидов кадмия и цинка и связанные с дефектной дислокационной подсистемой. Проведенные исследования показывают, что при определенных условиях в кристаллических материалах начинают играть заметную роль высшие степени нелинейных составляющих физических процессов. Практическая ценность работы. Результаты, полученные в работе, способствуют более глубокому пониманию ряда явлений, наблюдавшихся в кристаллах и расширяют понимание природы и механизмов процессов структурных преобразований в них. Полученные результаты могут служить основой для дальнейших экспериментальных и теоретических исследований критических явлений в кристаллах и связанных с ними аномальных изменений физических свойств.
Практическая важность исследований связана с перспективами применения исследованных кристаллов в технике. Физико-механические, электрофизические и структурные свойства материалов в значительной мере определяют область их применения. Полученные точные данные температурных зависимостей упругих, электрических и структурных характеристик веществ открывают пути их практического применения. Изучение влияния внешних воздействий и структурных преобразований на свойства функциональных материалов открывает новые возможности для совершенствования имеющихся и создания новых приборов и устройств, функционирующих на основе этих материалов.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
1. Результаты исследований упругих, диэлектрических и структурных характеристик монокристаллов дифосфидов кадмия и цинка и установленные закономерности их зависимостей от температуры в области 78-400 К. Рассчитанные значения факторов упругой анизотропии, параметров Грюнайзена, температур Дебая и силовых постоянных кристаллов.
Результаты диссертации апробировались на международных и всесоюзных конференциях и совещаниях:
Результаты диссертации отражены в 19 публикациях, в том числе 9 статей в научных журналах, 1 статья в научном сборнике и 9 тезисов докладов.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, заключения и библиографии. Она изложена на 180 страницах, включающих 60 рисунков, 17 таблиц и список литературных источников из 360 наименований.