
- •4 Оглавление
- •Глава1.Температурныеполявтермическихсенсорах........................ 17
- •Глава2.Термочувствительныеэлементы 105
- •Глава3.Примерыпрактическойреализациитермическихсенсоров
- •Глава4.Взаимодействиеизлученияствердымтелом 183
- •Глава5.Фотоэлектрическиеприемникиизлучения.Определения
- •Глава6.Равновесныеинеравновесныеносители заряда 271
- •Глава7.Физическиеосновыработыфотонныхприемниковизлу-
- •Глава8.Основныенаправленияразвитиятехникирегистрацииоптическогоизлучения 411
- •Теплотаитемпература
- •Способы теплопередачи:теплопроводность
- •Уравнениетеплопроводности
- •Теплопроводностьгазов
- •Теплопроводностьитеплоемкостьтвердыхтел
- •Теплопроводностьжидкостей
- •1.3.Радиационныйспособтеплопередачи
- •Основныепонятияизаконы
- •Радиационныйтеплообменмеждутвердымителами,
- •Теплообменмеждудвумятелами,одноизкоторыхнаходится
- •Конвективныйтеплообмен
- •Основныеособенностиконвективноготеплообмена
- •Основныеуравненияконвективноготеплообмена
- •Критериитеорииподобия
- •Вынужденнаяконвекциядляплоскойповерхности
- •Теплообменвусловияхестественнойконвекции
- •Естественнаяконвекция
- •Примеррасчетаконвективноготеплообмена
- •Cтационарныетемпературныеполявэлементахтермическихсенсоровиактюаторов
- •Распределениетемпературы
- •Передачатеплачерезстенку
- •Электростатическаяаналогияуравнениятеплопроводности
- •Тепловоесопротивлениесоставнойтеплопроводящейпла-стины.
- •Параллельное соединение двух разнородных тепловых
- •Температурноеполевинтегральнойконсольнойбалочке
- •Стационарноетемпературноеполевкруглойдиафрагме
- •Однородныйнагрев
- •Точечныйисточниктепла
- •Температурнаядинамикаэлементовтермическихсенсоров
- •Решениенаосновеэлектростатическойаналогии
- •Аналитическоерешениедлятеплообмена
- •2.1.ТермочувствительныеэлементынаосновеэффектАтермоЭдс
- •Физическиепроцессывтермопарах
- •ОбъемныесоставляющиетермоЭдс
- •КонтактнаясоставляющаятермоЭдс
- •2.1.2.Эффекттермоэдсвметаллахиполупроводниках
- •Термоэлектрическиеэффектыпельтьеитомсона
- •Терморезисторы
- •Металлическиетерморезисторы
- •Кремниевыетерморезисторы
- •Транзисторы
- •Термисторы
- •Термическийвакуумметр
- •Термическиесенсорыпотокагаза
- •Термоанемометры
- •Термоанемометрыснагревателемизполикристаллическогокремния
- •Термическийсенсор,чувствительныйкнаправлениюпотока
- •VXSxuxSxucos;
- •Термическийконверторсреднеквадратичногозначениянапряжения
- •Биморфныйтермомеханическийактюатор
- •Взаимодействиеизлучениясполупроводниками
- •Уравнениямаксвелла
- •Отражениеэлектромагнитногоизлученияотграницыразделадвухсред
- •Зависимостьоптическихконстантотчастоты
- •Интерференция.Просветляющиепокрытия
- •Поглощениевполупроводниках
- •Механизмыпоглощениясветавполупроводниках
- •Собственноепоглощение.Прямыепереходы
- •СобственноепоглощениеНепрямыепереходы
- •Экситонноепоглощение
- •Примесноепоглощение
- •Внутризонноепоглощение
- •Поглощениесвободныминосителямизаряда
- •Решеточноепоглощение
- •Приемникиизлучения
- •Поотношениюксопротивлениюнагрузки:
- •Методыизмеренияпараметровфотоэлектрическихполупроводниковыхприемников
- •0,1Fрезfэкв0,2fрез,
- •Энергетическиехарактеристикиизлучения
- •IbAcos.
- •IBdAcos,
- •Мощностьиспектральныйсоставизлученияабсолютночерныхтел
- •Энергетическийисветовойпотокиизлучения
- •Цветовоезрение
- •Xyz(условныеобозначениясм.Нарис.5.18):
- •Приемцветногоизображенияприпомощиприемников
- •650Нмсераялиния
- •Равновесныеинеравновесныеносителизаряда
- •Равновесныеносителизарядавполупроводниках
- •Неравновесныеносителизарядаквазиуровеньферми
- •Рекомбинацияносителейзарядавремяжизни
- •1Nстt
- •Механизмырекомбинации
- •Излучательнаярекомбинация
- •Imax 2g
- •Межзоннаяоже-рекомбинация
- •Рекомбинациячерезлокальныецентры
- •Поверхностнаярекомбинация
- •Распределениенеравновесныхносителейзаряда
- •Уравнениянепрерывностидляэлектроновидырок
- •Диффузионноеуравнение
- •Лавинныефотодиоды
- •Фотосопротивления
- •Фотоприемникинаосновеструктурметалл–диэлектрик–полупроводник
- •Приповерхностныеобластипространственногозаряда
- •10 Blip 10
- •Целипримененияоптическихсистемиихстроение
- •Болометрическиематрицы
- •Принципдействияихарактеристикитепловыхприемниковизлучения
- •Параметрытпи
- •Болометры
- •Линейчатыеиматричные
- •Составипринципработыизмерительногостенда
- •–Осьлинейкифотоприемников(лфп)иЛфпу;
- •Характеристикилинейчатыхфотоприемныхустройств
- •Тепловизионныематрицы
- •Линейчатыеиматричныепзи-приемникиизображениянаосновеInAs
- •Преобразованиесветовогопотокавцифровуюинформацию
- •Оцифровываниесигнала
- •Приборы,отображающиеоптическуюинформацию
- •ВикторАлексеевичГридчин,ИгорьГеоргиевичНеизвестный,ВладимирНиколаевичШумский физикамикросистем
- •Часть2Учебноепособие
- •630092,Г.Новосибирск,пр.К.Маркса,20
0,1Fрезfэкв0,2fрез,
где
fрез–резонанснаячастотаселективногоусилителя.
Эквивалентнаяшумоваяполосапропусканияопределяетсяпофор-
муле
K2fdf
fэкв
0
2 ,
K
max
где
K(f)
коэффициентусилениявзависимостиотчастоты;
Kmax–
коэффициентусилениянарезонанснойчастоте.
Еслиприизмеренииприменяетсяширокополосныйусилитель,тонижняя(fн)иверхняя(fв)границыполосыпропусканиятакогоуси-лителядолжныудовлетворятьсоотношениям
fн0,2fмодmin;
fв5fмодmax;
где
fмодmin
–минимальная,а
fмодmax
максимальнаячастотапотока
излучения.
Обычнозначениянижнейиверхнейграницполосыпропускания
составляют:
fн20Гц,
fв20000Гц.
Приизмерениишуманепосредственноизмеряетсянапряжениешума,атокшума(какитокфотосигнала)измеряетсяприналичиивсоставеизмерительнойустановкикалиброванногопреобразователяток–напряжение.Еслинапряжениешумаблизкокнапряжениюшумаизмерительнойустановки,тосначалаизмеряетсянапряжениешумабезподачинапряженияпитаниянаФЭПП(Uш1),азатем–суммарноена-пряжениешумапривключениинапряженияпитаниянаФЭПП(Uш2).
ИскомоенапряжениешуманаходитсякакUш
U21U22.
ш ш
СТАТИЧЕСКАЯВОЛЬТОВАЯ(ТОКОВАЯ)ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ,ПОРОГЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
ИОБНАРУЖИТЕЛЬНАЯСПОСОБНОСТЬ
Приизмеренияхнамодулированномпотокестатическуючувстви-тельностьрассчитываюттакже,какипринемодулированномпотоке,ноподнапряжениемилитокомфотосигналаивеличинойпотокаизлу-ченияпонимаетсясреднееквадратическоезначениенапряжения,токаилипотокаизлучения.Порогчувствительностииудельныйпорогчув-ствительностивычисляютсяпоформулам
Ф Ф
Uш Ф
Iш ,Вт/Гц0,5(лм/Гц0,5);
п1 1 1
Ф*=Ф
Uсfэкв
Uш Ф
Iсfэкв
Iш ,Вт/(смГц0,5)(лм/(смГц0,5)),
п 1 1
UсАэфfэкв
IсАэфfэкв
аобнаружительнаяспособностьиудельнаяобнаружительнаяспособ-ность–поформулам
DUсfэквIс
fэкв,Вт–1Гц0,5(лм–1Гц0,5);
Uс
UшФ1
Aэфfэкв Iс
IшФ1
Aэфfэкв
D ,Вт–1см1Гц0,5(лм–1см1Гц0,5).
UшФ1
IшФ1
ОПРЕДЕЛЕНИЕОТНОСИТЕЛЬНОЙ
СПЕКТРАЛЬНОЙХАРАКТЕРИСТИКИЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
Измерениеотносительнойспектральнойхарактеристикичувстви-тельностипроводитсянаустановке,структурнаясхемакоторойизо-браженанарис.5.5.
4 5 6
1 2 3 7 8 9
Рис.5.5.Схемаизмеренияотносительнойспектральнойха-рактеристикичувствительности:
1–источникизлучения;2–модулятор;3–монохроматор;4–кон-трольныйФЭПП;5–усилительноеустройствоконтрольногоФЭПП;6–регистрирующееустройствоконтрольногоФЭПП;7–испытуемыйФЭПП;8–усилительноеустройствоиспытуемогоФЭПП;9–регистрирующееустройствоиспытуемогоФЭПП
Излучениепослемонохроматорадолжнопоследовательнопопастьнаконтрольный(сизвестнойспектральнойхарактеристикой)ииспы-туемыйФЭПП.Регистрирующиеприборырегистрируютфотосигналвовсемтребуемомдиапазонеизмерений,причемчислоизмеренийдолжнобытьнеменее20вовсемспектральномдиапазоне.Есливка-чествеконтрольногоФЭППиспользуетсянеселективныйФЭПП(чув-ствительностькоторогонезависитотдлиныволны),тозначениеотно-сительнойспектральнойхарактеристикизаписываетсякак
nm(max)
S ,
отн
mn(
max)
где
n()
показаниерегистрирующегоустройстваиспытуемого
ФЭППнаданнойдлиневолны;
m()
показаниерегистрирующего
устройстваконтрольногоФЭППнатойжедлиневолны;
n(max)–
показаниерегистрирующегоустройстваиспытуемогоФЭППвмакси-
мумеспектральнойхарактеристики;
m(max)
показаниерегистри-
рующегоустройстваконтрольногоФЭППвмаксимумеспектральнойхарактеристики.
Зависимость
Sотнf(),измереннаятакимобразом,можетбыть
использованадляопределениямонохроматическойвольтовой(SU)илитоковой(SI)чувствительностиналюбойдлиневолнывсоответ-ствиисформулой
где
SUSотнSUmax,
SUmax–вольтоваячувствительностьФЭППвмаксимумеего
спектральнойхарактеристики,измереннаянепосредственнопоизвест-
номумонохроматическомупотокуизлучениялиборассчитаннаяпоформуле
SUmax
SUст
Rd
0 ,
RSотнd
0
Uст
гдеR–спектральнаяплотностьэнергетическойсветимостиисточни-ка,Вт/(см2мкм),аS –статическаявольтоваячувствительность.