Оптико-акустические (пневматические) приемники

Принцип работы оптико-акустического приемника излучения (ОАП) заключается в том, что падающий лучистый поток изменяет температуру заключенного в специальной камере газа, который вследствие этого изменяет свой объем. Одна из стенок камеры сделана в виде тонкой и гибкой пленки-мембраны. Изменяя объем, газ деформирует мембрану, и эта деформация может быть зарегистрирована различными способами. Изготавливают два типа ОАП: селективные и неселективные [40, 50, 74].

Селективные оап

У селективного приемника излучение поглощает сам газ, поэтому спектральная чувствительность приемника определяется спектром поглощения наполняющего ячейку газа. Так как в газе поглощение излучения селективно, т. е. поглощается излучение только тех частот, которые соответствуют частотам колебаний и вращения молекул, подобные приемники используют в качестве элементов газоанализаторов. Заполняя ячейку газом с нужными селективными полосами поглощения, можно получить приемник, чувствительный лишь к определенным длинам волн.

3. Рис. 5.4

Устройство селективного ОАП (а) и неселективного ОАП конструкции ГОИ (б)

Постоянная времени такого приемника (рис. 5.4а) позволяет работать с частотами модуляции потока излучения до 50 Гц.

Измеряемый поток излучения 1, промодулированный диском 2, через флюоритовое окно 3 попадает в камеру 4 с газом 5. Под воздействием потока излучения давление газа на мембрану 6 меняется, создавая в микрофоне 7 электрические сигналы, усиливаемые усилителем 8 и регистрируемые на регистраторе 9.

В ближней и средней ИК-областях спектра подобный приемник интереса не представляет, так как вытесняется более чувствительными фотонными приемниками, поэтому применяют его в дальней ИК-области спектра.

Неселективные оап

Промышленность выпускает в основном неселективные ОАП конструкции ГОИ, предназначенные для спектральных приборов, работающих в диапазоне 5–1000 мкм.

ОАП ГОИ (рис. 5.4б) состоит из двух рабочих камер 10 и 11, наполненных газом. Регистрируемое излучение через окно 1 из бромистого калия или кристаллического кварца в зависимости от спектрального диапазона работы падает на органическую пленку 2 толщиной 0,1 мкм с поглощающим излучение алюминиевым слоем. Под действием лучей пленка нагревается и нагревает газ камеры 11, который, расширяясь, деформирует пленку 2 и вызывает изменение давления газа в камере 10, передающееся на органическую мембрану 4 с отражающим слоем сурьмы толщиной 0,1 мкм.

Деформация мембраны 4, пропорциональная измеряемому потоку , преобразуется фотоэлектрическим усилителем в электрический сигнал. При отсутствии измеряемого потока  прозрачные, освещаемые лампой 7 через конденсор 6, штрихи верхней части растра 5 проектируются объективом и мембраной 4 на непрозрачные штрихи нижней части растра в положение 9 и световой поток не попадает в приемник 8 (ФЭУ-2). При наличии измеряемого потока мембрана изгибается, и часть лучей, отразившись от нее, попадает на прозрачные участки нижней части растра 5 и зеркалом направляется на ФЭУ-2, в цепи которого появляется ток, пропорциональный потоку излучения лампы, отраженному от мембраны и прошедшему через нижнюю часть решетки 5. Этот поток пропорционален прогибу мембраны 4, определяемому измеряемым потоком . Канал 3 с отводом служит для наполнения камеры 10 газом и компенсации изменения внутреннего давления при изменении температуры окружающей среды.

Камеру 11 наполняют ксеноном, так как этот газ обеспечивает максимальную чувствительность на частоте 10 Гц.

Шум, а следовательно, и пороговая чувствительность ОАП ГОИ зависят от амплитуды сигнала, так как с ростом амплитуды возрастают дробовые шумы ФЭУ. При сигнале от потока 80_пор шум возрастает в два, а при 250_пор — в три раза. В связи с этим ОАП ГОИ следует использовать для регистрации слабых потоков, превышающих пороговое значение в 20–40 раз. Параметры ОАП ГОИ приведены в таблице 5.3.

В настоящее время ОАП широко используются для научных исследований в среднем и дальнем инфракрасном диапазоне спектра.