Чутливий елемент приймача теплового випромінювання

1 Чутливий елемент приймача теплового випромінювання, що містить плоскопаралельну приймальну пластину з елеісгродами на гранях, закріплену на несучій пластині із матеріалу, ВІДМІННОГО від матеріалу приймальної пластини, який відрізняється тим, що приймальна пластина виконана із п'єзоактивного матеріалу, причому матеріали пластин вибрані з різними коефіцієнтами термічного розширення в площині їх з'єднання 2 Чутливий елемент приймача теплового випромінювання по п 1, який відрізняється тим, що несуча пластина виконана із п'єзоактивного матеріалу, на и гранях розташовані електроди, що з'єднані послідовно з електродами приймальної пластини Винахід належить до техніки вимірювання теплових потоків і може бути використаний в пристроях вимірювання і реєстрації енергетичних випромінювань, температури і т ш ВІДОМІ чутливі елементи для приймачів теплового випромінювання, що містять пластину із піроелектричного матеріалу з електродами на гранях (Кременчугский Л С , Ройцина О В Пироэлектрические приемные устройства Киев Наук, думка-1982) Недоліком цих елементів є обмежене коло матеріалів, що використовуються Ці матеріали часто мають погані механічні властивості або низький пірокоефіцієнт Відомий чутливий елемент приймача теплового випромінювання, що містить пласкопаралельну пластину із піроелектричного матеріалу - тригліцинсульфату з електродами на гранях, закріплену на пластині із скла [Японія, патент № 63610, МПК6 G 01 J 5/10 опубл 22 07 70, власник патенту фірма Hitachi Ltd] Недоліком цього чутливого елементу є те, що піроелектрик тригліцинсульфат нетехнолопчний, гігроскопічний і потребує захисту від оточуючого середовища (вся конструкція розміщена в вакуумній капсулі з вікном, прозорим в інфрачервоній області спектру) В основу винаходу поставлено задачу створити чутливий елемент приймача теплового випромінювання, в якому шляхом підбору матеріалів з широкого класу п'єзоелектриків та матеріалів з різними коефіцієнтами термічного розширення забезпечити високу чутливість пристрою Поставлена задача вирішується тим, що чутливий елемент приймача „теплового випромінювання, який містить плоскопаралельну приймальну пластину з електродами на гранях, закріплену на несучій пластині із матеріалу, ВІДМІННОГО ВІД матеріалу, приймальної пластини, згідно винаходу, приймальна пластина виконана із п'єзоактивного матеріалу, причому матеріали пластин вибрані з різними коефіцієнтами термічного розширення в площині їх з'єднання З метою підвищення чутливості несуча пластина виконана також із п'єзоактивного матеріалу, на її гранях розташовані електроди, що з'єднані послідовно з електродами приймальної пластини Висока стабільність пристрою обумовлена тим, що електричний відгук на теплову дію визначається константами матеріалу - коефіцієнтом термічного розширення і п'єзомодулем, на відміну від прототипу, де відгук на теплову дію визначається поляризацією піроелектричних кристалів, котра залежить від технологічних факторів, температури і деградує у часі На креслені (див фіг) показано конструкцію пристрою Чутливий елемент складається із п'єзоелектричної пластини 1 з електродами 2, що з'єднана з пластиною 3 із матеріалу, котрий має ВІДМІННИЙ коефіцієнт термічного розширення Працює пристрій таким чином під дією тепло 47141 вого випромінювання змінюється температура чутливого елементу Через різницю коефіцієнтів термічного розширення між пластинами 1 і 3 виникає механічна напруга, котра перетворюється п'єзоелектричною пластиною 1 в електричний сигнал, що знімається з електродів 2 3 метою підвищення чутливості пластина 3 також виконана п'єзоелектричною з електродами на гранях В цьому випадку, при ЗМІНІ температури елементу під дією теплового випромінювання, механічні напруження в обох пластинах перетворюються в електричні сигнали, котрі складаються завдяки послідовному з'єднанню електродів і на виході маємо сумарних електричний сигнал Для досягнення максимальної чутливості елементу мають бути виконані умови в площині з'єднання двох пластин коефіцієнти розширення пластин максимально різняться, а п'єзомодуль має максимальне значення Перевагою пристрою, що пропонується, є покращання технологічності та можливість підвищення чутливості за рахунок підбору матеріалів із широкого асортименту п'єзоелектричних матеріалів, до котрих відносяться 20 класів кристалів (до піроелектричних-тільки 10) Приклад конкретної реалізації Оптимальними матеріалами для пластин 1 і З є матеріали з максимально різними коефіцієнтами термічного розширення в площині з'єднання пластин, при цьому матеріал пластини 1 має мати максимальний п'єзомодуль Наприклад, матеріалами для пластини 1 можуть бути Коефтерм розш Bli2GeO20 TI 3 TaSe0 4 п'єзомодуль 25 Єн, Кл/М 0,7-1,0 0,32 сИс/.К1 13,5 [Акустические ред М П Шаскольской стини З кристаллы Под Наука, 1982], а для пласі 1 0 Кварцове скло Залізонікеліевий сплав (36%Ni) KN03 е 0,5 0,2 -8,5 [С И Новикова Тепловое расширение твердых тел М Наука, 1974] На пластину із кварцового скла, товщиною 200мкм наклеюють пластину із Bi^GeC^o товщиною ЮОмкм При цьому піроелектричний коефіцієнт становить 20мКл/м2К У випадку використання "ПэТаБеСч в тій же конструкції, по розрахункам можливо отримати такий же піроелектричний коефіцієнт, а коефіцієнт троякості y/CpSSo » 0,1В-м2/Дж, що вище ніж в сегнетоелектричних матеріалах ЦТСЛ або SBN і може бути порівняно з піроякістью сегнетоелектрика І_іТаО3 При цьому чутливий елемент, що пропонується, має переваги по стабільності чутливості, оскільки вона визначається константами матеріалів - коефіцієнтом термічного розширення, теплоємністю, діелектричною проникністю та п'єзомодулем, в той час як в вищезгаданих сегнетоелектриках чутливість визначається, окрім решти, ступінню поляризованості зразка, котра залежить від технології поляризації і деградує при термічному циклюванні та з часом Оптимальні геометричні розміри елемента, що пропонується, визначаються потребами по чутливості і шерційності приймача Висока стабільність і надійність пристрою дозволяє його використовувати в вимірювальних системах високої точності - прецизійних вимірювачів теплових потоків і температурних полів ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71