Приемник инфракрасного излучения Советский патент 1993 года по МПК G01J5/18 

Изобретение относится к области приборостроения и акустоэлектроники, в частности, к конструкции датчиков температуры, построенных на резонаторах на поверхностных акустических волнах и может быть использовано в радиоэлектронике, робототехнике и других отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение чувствительности.

На фиг.1 и 2 схематично показана конструкция датчика.

Датчик (фиг.1) содержит пьезоэлектрическую пластину 1, выполненную из материала, прозрачного для ИК излучения и обладающего большим температурным коэффициентом частоты (ТКЧ), например ниобата лития (LiNbOa) повернутого под углом 128°УХ-среза, встречно-штыревой резонансной структуры 2, 3, изготавливаемой методами тонкопленочной технологии, и тОнкогЬ слоя чувствительного к ИК излучению материала „4, например антимонида индия (JnSb), нанесенного из газовой фазы либо методом вакуумного переплава на область встречно-штыревой резонансной структуры и акустического канала, Выводы встречно- штыревого.преобразователя (В ШП) 2 датчика включены в цепь обратной связи усилителя 5, образуя генератор на ПАВ, выход которого подключен через фильтр нижних частот 6 к регистратору. Датчик может быть откалиброван так, что регистратор будет . показывать значения температуры ИК источника. В датчике используется эффект изменения скорости распространения поверхностных акустических волн (ПАВ) под воздействием температуры на пьезоэлектрическую пластину (звукопровод).

Изготавливается датчик методами групповой тонкопленочной технологии, что обуславливает его высокую технологичность.

Датчик работает следующим образом. При подаче электрического сигнала на ВШП 2 в пьезоэлектрическом звукопроводе возбуждаются ПАВ, распространяющиеся в обе стороны от ВШП, отражаются от отражателей - 3, образующих резонирующую полость, и возвращаются на В ШП. При определенном соотношении размеров резонансной полости и рабочей частоты, определяющейся расстоянием между электродами ВШП и скоростью распространения ПАВ в материале пьезоэлектрического звукопровода1 а также вслед- ствие обратимости пьезоэффекта имеет

ел

С

со

о ч

00 N5

мес электрический резонанс. Температурная стабильность характеристик ПАВ- резонатора определяется главным образом температурной стабильностью электрофизических параметров пьезоматериала. В нашем случае в качестве пьезоэлектрического звукопровода выбран ниобат лития (УМЬОз) повернутого под углом 128° УХ-среза, имеющего высокую чувствительность к температуре ( ) и являющегося в то же время практически не чувствительным к И К лучам. Причем зависимость скорости ПАВ от температуры имеет линейный характер.

. В отсутствии И К излучения резонатор имеет резонансную частоту, заданную конструктивными размерами его элементов и температурой окружающей среды. При включении ИК излучения (фиг.2, обозначено hv) слой JnSb, покрывающий область звукопровода с встречно-штыревой структурой, поглощает ИК и разогревает его, изменяя тем самым величину скорости распространения ПАВ. Причем для изменения скорости ПАВ достаточно разогреть только поверхностный слой звукопровода, примерно равный длине акустической волны Я , в котором сосредоточена основная часть энергии ПАВ, чем обеспечивается малая инерционность датчика, особенно необходимая в случае измерения параметров импульсных источников.

Избирательность датчиков к ИК излучению обеспечивается слоем чувствительного к ИК излучению материала, а диапазон спектральной чувствительности датчика устанавливается путем выбора соответствующего слоя материала. Спектральный диапазон чувствительности JnSb составляет 3-5 мкм. Изменение скорости ПАВ, таким образом, приводит к соответствующему изменению резонансной частоты ПАВ-резонатора, что является выходным сигналом датчика, зависящим от инерционности ИК излучения. ПАВ-резонатор включен в схему генератора, как это описано выше. Такая схема для обработки сигналов имеет ряд известных

преимуществ. Изготовлены экспериментальные образцы датчика со звукопроводом из LiNbCb повернутого на 128° УХ-среза и слоем JnSb. Резонансная частота ПАВ-резонатора 70 МГц. Чувствительность датчика

составляет 5142 . точность измерения 0,1°С, верхний предел измерения температуры в основном определяется температур- ными характеристиками материала чувствительного к ИК лучам слоя, поскольку

точка Кюри пьезоэлектрической пластины равна 1200°С.

Предлагаемый датчик в сравнении с прототипом имеет существенные преимущества по чувствительности и избирательности. Его применение в приборостроении обеспечивает существенное повышение метрологического уровня и эксплуатационных характеристик аппаратуры. Ожидаемый экономический эффект от внедрения в производство предложенного датчика может быть достигнут за счет снижения трудоемкости изготовления датчика групповыми методами. В 1990г. планируется проведение опытно-конструкторской работы с целью

внедрения датчика в.производство,

Ф о р м у л а и з о б р ет е н и я . Приемник инфракрасного излучения, содержащий пьезоэлектрическую пластину

и расположенную на ней встречно-штырье- вую резонансную структуру, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности пьезоэлектрическая пластина выполнена из ниобата лития, повер-нутого под углом 128° УХ-среза, а на поглощающую поверхность приемника нанесено покрытие из атимонида индия.

Ј-D

Использование: измерительная техника, измерение инфракрасного излучения. Сущность изобретения: устройство содержит пьезоэлектрическую пластину из ниобата лития, повернутого на 128°УХ- среза, на которой расположена встречно штыревая резонансная структура, на приемной поверхности нанесено покрытие из антимонида индия.

V,

Ј

X

фиг. f

M I И

S „s../1 A v S

/у

Фиг. 2

N

iv-