Спосіб реєстрації теплового випромінювання

Спосіб реєстрації теплового випромінювання, в якому діють випромінюванням на п'єзоелектрич ний зразок, збуджують резонансні електромеханічні коливання зразка, вимірюють параметри коливань, по яких судять про випромінювання, модулюють амплітуду випромінювання, яким збуджують коливання на одній із частот електромеханічного резонансу і вимірюють амплітуду електричного відгуку на гранях п'єзоелектричного зразка, який відрізняється тим, що підсилюють власні резонансні електромеханічні коливання зразка І упраапяють ними модуляцією теплового випромінювання. Винахід належить до вимірювальної техніки і може бути використаний в засобах вимірювання теплових потоків, пірометрах і т Ін. Відомі способи реєстрації теплового випромінювання шляхом дії теплового потока на чутливий елемент і реєстрації зміни його властивостей (електричного опору, діелектричної проникності, термо ЕДС і т. п ) внаслідок зміни температури {Фотоприемники видимого и ИК диапазонов. Под ред. Р. Дж. Киеса. М.: Радио и связь, 1985, с. 67-86]. Недоліком цих способів є чутливість до широкополосних теплових флуктуацій, необхідність глибокого охолодження для отримання високої чутливості. При реєстрації теплового випромінювання шляхом амплітудного модулювання теплового потоку, дією ним на зразок в вигляді пластини, діска і т.п. із піроелектричного матеріалу і реєстрації відгуку на зміну температури зразка, електричний відгук на зміну температури зразка має місце у широкому діапазоні частот, практично від 10" до 10ь Гц, не дивлячись на те, що корисний сигнал має визначену частоту, відповідну до частоти модуляції. Цьому такі перешкоди, як флуктуації температури навколишнього середовища, викликають електричний сигнал, близький по амплітуді до корисного сигналу при малих теплових потоках («ІО" 6 Вт/ммг). Недоліком такого способу є необхідність стабілізації температури навколишнього середовища, частотна фільтрація корисного сигналу чи синхронне детектування за допомогою електронних схем. Відомий спосіб вимірювання теплового потоку, в якому діють випромінюванням на п'єзо електричну пластину, в котрій електрично збуджують резонансні поверхневі акустичні хвилі, вимірюють параметри коливань (частоту), по котрим судять про випромінювання. В цьому способі використовується температурна залежність частоти електрично збуджуваних коливань поверхневих акустичних хвиль. При цьому зміна температури зразка, відповідна становищу досліджуваного середовища, лінійно в широкому діапазоні частот перетворюється в зміну частоти власних резонансних електромагнітних коливань зразка [Патент Великобританії № 2019567, G01K11/26, 1979J. Недопіком відомого технічного рішення є невисока чутливість і низька перешкодостійкість, зокрема, при малих теппових потоках, копи флуктуації температури навколишнього середовища близькі до амплітуди корисного сигналу Відомий спосіб реєстрації теплового випромінювання, в якому модулюють амплітуду випромінювання, діють випромінюванням на п'єзоепектричний зразок, збуджують електромеханічні коливання на одній із частот електромеханічного резонансу зразка і вимірюють амплітуду електричного відгуку на гранях п'єзоелектричного зразка, по котрій судять прои випромінювання [Заявка на патент України № 97125912 від 9.12 971. Під дією теплового випромінювання, амплітудно модульованого на частоті електромеханічного резонансу, в зразку внаслідок термічного розширення виникають товщинні деформації, і внаслідок прямого п'єзоелектричного ефекту вони викликають електричний відгук, пропорційний тепловій дії. Недоліком цього способу є складність Сі о < 39525 точної настройки частоти модуляції' теплового потоку на частоту резонансу зразка П'єзоелектричний зразок являє собою дуже високодобротну електромеханічну систему, резонанс в котрій має дуже гострий пік Тому відхилення частоти модуляції від власної1 частоти резонансу зразка, внаслідок нестабільності чи впливу навколишніх факторів, наприклад, зміни температури, викликає суттєве зменшення корисного сигналу і йрго нестабільність. В основу винаходу поставлено задачу створити такий спосіб реєстрації теплового потоку, в якому шляхом підсилення власних електромеханічних коливань зразка І використання їх для управління модулятором теплового потоку, забезпечити високу стабільність і чутливість. Поставлена задача вирішується тим, що в способі реєстрації1 теплового випромінювання, в якому діють випромінюванням на п'єзоелектричний зразок, збуджують резонансні електромеханічні коливання зразка, вимірюють'параметри коливань, по котрим судять про випромінювання, модулюють амплітуду випромінювання, котрим збуджують коливання на одній із частот електромеханічного резонансу і вимірюють амплітуду електричного відгуку на гранях п'єзоелектричного зразка, новим є те, що підсилюють власні резонансні електромеханічні коливання зразка і управляють ними модуляцією теплового випромінювання. Максимальний відгук на теплову дію має місце на резонансних частотах власних електромеханічних коливань зразка Використання власних коливань зразка для управління модулятором теплового потоку забезпечує точну настройку на резонанс і прив'язку до резонансної частоти і фази власних коливань зразка. Це забезпечує високу стабільність, оскільки дрейф резонансної частоти зразка, наприклад внаслідок зміни температури, старіння або з інших причин, автоматично відпрацюється модулятором теплового випромінювання і система залишається настроєною на резонанс. При такій точній настройці на резонанс буде забезпечена максимальна чутливість. Спосіб здійснюється таким чином. Беруть п'єзоелектричний зразок, котрий може не мати піроефекту, у вигляді пластини, плівки і т.п., підсилюють власні електромеханічні коливання зразка, подають їх на модулятор теплового випромінювання і амплітудно модулюють тепловий потік,що реєструють, наприклад шляхом механічного переривання, і діють ним на зразок. При цьому частота модуляції точно відповідає рзонансній частоті власних електромеханічних коливань зразка. Реєструють електричний відгук на гранях зразка. Електроди на зразок наносять таким чином, щоб в напрямку, перпендикулярному площині епектродів. добуток п'єзоелектричного модуля матеріалу на коефіцієнт термічного розширення був максимальним. Внаслідок термічного розширення при зміні своєї температури під дією падаючого на зразок теплового потоку в зразку збуджуються механічні коливання Оскільки зразок є п'єзоелектриком, то механічні коливання внаслідок прямого п'єзоефекту збуджують електричний відгук на гранях зразка. Амплітуда електричного відгуку, пропорційного потужності теплового потоку, що падає на зразок, реєструється приладом з високим вхідним опором На частотах електромеханічного резонансу зразка відгук має максимальні значення. При частотах вище максимальної' частоти власних коливань зразка всі механічні моди зразка затиснені інерційною масою і термічні деформації1 на цих частотах відсутні, внаслідок чого відсутній і п'єзоелектричний відгук. На частотах нижче мінімальної частоти власних коливань зразка, термічне розширення зразка, визване термічною дією випромінювання, рівномірне в усіх напрямках і п'єзоелектричний відгук також відсутній. При частоті модуляції, що співпадає з частотою впасних механічних коливань зразка, має місце термічне резонансне збудження коливань зразка на одній Із мод, при цьому амплітуда цих коливань внаслідок резонансу і дуже високої добротності п'єзорезонатора максимальна, в той час як інші моди, частоти яких лежать за межами частоти модуляції теплового випромінювання не збуджуються і коливання в інших напрямках або не мають місця взагалі, внаслідок інерційного затиснення, або викликають значно менший електричний відгук ніж на резонансі. Оскільки електричний відгук на теплову дію має місце тільки в визначеному діапазоні частот, то низькочастотні теплові перешкоди, викликані нестабільністю температури зразка І навколишнього середовища, не проникають в електричний тракт і нема необхідності у подальшій фільтрації сигналу. В якості чутливого елемента можливо використовувати матеріал із широкого класу п'єзоелектричних матеріалів. Приклад конкретного виконання винаходу. Беруть п'єзоелектричний зразок у вигляді диску з частотами п'єзоелектричного резонансу товщинних коливань 1 МГц і радіальних коливань 10 кГц. Підсилюють власні коливання з частотою 10 кГц І подають для управління на модулятор. Тепловий потік, що реєструють, амплітудно модулюють за допомогою механічного модулятора на частоті власних коливань зразка 10 кГц і діють ним на зразок. За допомогою електронного реєструючого приладу (наприклад високоомного вольтметра змінного струму) реєструють електричний відгук на гранях зразка Для отримання максимального відгуку на теплову дію п'єзоепектричний матеріал для зразка необхідно орієнтувати при виготовленні зразка таким чином, щоб добуток коефіцієнту термічного розширення на п'єзоелектричний модуль в напрямку резонанснихколивань був максимальним. Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна. 101 (03122) 3 - 7 2 - 8 9 (03122) 2 - 5 7 - 0 3