Многоэлементный пироэлектрический приемник излучения Советский патент 1980 года по МПК G01J5/10 

Изобретение относится к конструкциям пирометров с электрическими детекторами излучения и может быть использовано для измерения характеристик лазерного излучения в диапазо не длин волн 0,4-50 мкм. Для исследования, распределения энергии по сечению потока излучения лазера необходимы устройства, способные зарегистрировать картину распределения энергии. Для этой цели используют многоэлементные приемники инфракрасного излучения l . Приемник излучения содержит плоские .чувст вительные элементы (термопары) в виде диска, собранные в кассетах и образующие плоскую решетку 10x10 элементов с шагом 12 мм. О распределени энергии в поперечном сечении пучка излучения судят по степени нагрева термопар, осуществляющих преобразова ние энергии соответствующей части сечения пучка излучения в электричес кий сигнал. К недостаткам этого устройства следует отнести большую потерю информации при измерении неравномерного распределения энергии в сечени пучка из-за плохого использования приемной площадки (32%) и, следовательно, большую погрешность регист.рации картины распределения. Кроме того, время между двумя последовательными измерениями составляет для указанного устройства 10 мин, что не позволяет измерять импульсно модулированный поток и флуктуации диаграммы оси направленности лазерного пучка. Ближайшим техническим решением к изобретению является мозаичный пироэлектрический приемник излучения 2 , Приемник содержит плоские пирсэлементы, собранные в колонки и ряды приемной площадки и приклеенные к общей подложке. Пироэлементы содержат слой пироактивного материала; покрытый по всей площади с двух сторон электродами, причем поверхность электродов, обращенная к источнику излучения зачернена. Перед приемной площгддкой установлено защитное окно из германия. При попадании излучения на Пироэлементы между электродами возникает разность электрических потенциалов (пироэффект), пропорциональная энергии излучения. Электрический сигнал затем поступает в электронную схему.

Однако такая конструкция многоэлементного пироэлектрического приемника не лишена упомянутого недостатка - большой потери информации при иэмереЕ1ии неравномерного распределения энергии в сечении пучка излучения.

Это вызвано ударным возбуждением (пьезоэффект) пирокерамики, которое передается соседним пироприемникам, имеющим одинаковые резонансные час- , тоты, через элементы конструкции (подложку). При попадании различных уровней энергии (максимальной и минимальной) одновременно на 2 соседни пироэлементы, приемник не может их зарегистрировать (картина распределения энергии по сечению пучка получается размытой); потерей части информации о поступающем излучении из-за диффузного отражения от плоски элементов; наличием паразитных емкостных связей, образованных электродами соседних пироэлементов при облучении кратковременными импульсами; селективным поглощением излучения входным окном; наличием чернящего покрытия, снижающее быстродействие и локальную плотность, потока излучения.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. увеличение энергетической разрешающей способности пироприемника.

Поставленная цель достигается тем, что в приемнике излучения .приемная площадка содержит набор диэлектрических металлизированных упругих лент, закрепленных обоими концами металлизированной поверхности в П-образном держателе, между которыми установлены полостные клинообразные пироэлементы, причем диэлектрическая поверхность лент примыкает к рабочим граням пироэлементов.

Предлагаемый приемник позволит расширить энергетический диапазон принимаемых сигналов, устранить емкостную связь между элементами (площади рабочих электродов намного меньше рабочей поверхности 60 раз) повысить разрешающую способность устройства к регистрации различных уровней энергии пучка, что особенно необходимо при измерении пространственно-временных и энергетических характеристик лазеров с широким сечением пучков, в которых отношение падающих энергий на два соседних приемника может достигать 10 раз.

На фиг. 1 изображен многоэлементный пироэлектрический приемник, общий вид; на фиг. 2 - колонка пироэлементов, закрепленных в П-образно держателе, аксонометрия.

Многоэлементный пироэлектрический приемник излучения содержит пироэлементы 1, собранные в колонки и ряды приемной площадки. Каждый пироэлемент выполнен из равномерно поляризованной пироактивной керамики титаната бария в виде полого клина. На передней кромке пироэлементов размещены электроды 2, электрически связанные между собой. Вторые электроды 3, индивидуальные для каждого пироэлемента, расположены с тыльной стороны приемной площадки и подключены к соответствующим усилителям.

Каждая колонка пироэлементов установлена между параллельными- упругими лентами 4 (например, из металлизированной стеклолакоткани),предварительно растянутыми вдоль волокон и сжимаемыми в П-образном держателе 5 при помощи планки 6. С противоположной стороны держателя укреплены усилители 7, по одному для каждого пироэлемента.

Колонка пироэлементов установлена с симметричным зазором относительно П-образного держателя.

Работает многоэлементный пироэлектрический приемник излучения следующим образом.

Поток излучения попадает на приемную площадку пироэлемента 1 и далее на рабочие грани. Излучение вызывает нагрев и местное разориентирование части электрических диполей в пироактивном материале, что вызывает появление электрических зарядов в результате нарушения равновесного состояния диполей. Ударное возбуждение пироэлемента гасится диэлектрическими упругими лентами. Электрическая емкостная связь между элементами устраняется металлизацией ленты, служащей экраном. Полученный электрический сигнал от электродов 2, 3 поступает в усилитель, а затем в схему регистрации.

Разрешающая способность устройства - регистрация в пучке двух уровней энергий составляет величину 10 раз. Быстродействие 10 сек. Максимальная плотность получения 3 Дж/см.

Использование устройства позволило провести исследования пространственных- энергетических и временных характеристик излучения лазеров в инфракрасной области спектра. Ис- пользование инерционных термопарных многоэлементных приемников (измерение энергии) и охлаждаемого фотодетектора (определение постоянной времени) приводит к тому, что пространственные и временные характеристики измеряются двумя приборами, что в свою очередь приводит к увеличению времени измерения и возрастанию суммарной погрешности. Таким образом, использование изобретения позволит сократить количество приборов и время измерения.

Формула изобретения

Многоэлементный пироэлектрический 5 приемник излучения, содержащий пироэлементы, собранные в плоскую приемную площадку, и держатель, отличающийся тем, что, с целью увеличения энергетической разрешающей способности, приемная площадка содержит набор диэлектрических металлиз.ирОБанных упругих лент, закрепленных обоими концами в держателе, имеющем металлизированную поверхность между которыми установлены полостные .клинообразные пироэлементы, причем диэлектрическая поверхность лент примыкает к рабочим граням пироэлементов

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Фотоэлектрические измерения и их метрологическое обеспечение. Тезисы докладов и ВНИИ оптико-физических измерений, 1974, с.138.

2.Буркин А. И., Су4цев А. А. Мозаичный Пироэлектрический приемник излучения. Сб. Тепловые приемники излучения. Государственный ордена Ленина оптический институт

им. С. И. Вавилова, Л., 1974, с.100104 (прототип).

Фиг. 2