
- •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
IbAcos.
Нарис.5.7изображеназависимостьяркостиисилысветадлядиф-фузнорассеивающейповерхности.
Поверхности, образованные
N
величинамиIиBвтрехмерном
пространстве,–этополусфера
α дляэнергетической яркостии
I сфера,касательнаякповерхности
В A,дляэнергетическойсилысве-та.Этиповерхностиназываются
фотометрическими поверхно-
А стями, а тела, заключенные
Рис.5.7.Зависимостьсилысветаияркостиотуглакнормалидлядиф-фузнорассеивающейповерхности
внутриэтихповерхностей,–фо-тометрическимителами.
ЗаконЛамбертастрогоспра-ведлив только для абсолютно
черныхтелиидеальнодиффузнорассеивающихсветплоскостей.Нонапрактикеонприменимдлярядател,например,дляСолнца,Земли,телсматовойдиффузнойокраскойидр.
СпектральнаяплотностьэнергетическойяркостиB,Вт/(см2срмкм),
определяетсякак
BdB.
d
ПОТОКИЗЛУЧЕНИЯВПОЛУСФЕРУ
Рассмотримсхемуизлученияэлементарнойплощадкивполусферу(рис.5.8).
y
dA1
Rdαα
Rdφsinα
dα z
dA
φ
R
dφ
Rdφx
Рис.5.8.Схемаизлученияэлементарнойплощадкивполусферу
Расчетыпроводятсявсферическихкоординатах,иизлучающаяэлементарнаяплощадкаdAрасполагаетсявцентресферырадиусаR.
Наповерхностисферывыделяетсяэлементарнаяплощадка
dA1,поло-
жениеиразмерыкоторойзадаютсяуглами,,d,d.Приэтом,как
этовидноизрисунка:
dA1R2ddsin.
Телесныйугол,определяемыйэлементарнойплощадкой,равен
2
ddA1R
ddsin.
Тогда,всоответствиисопределениемэнергетическойсилысвета,потокизлучениявнутрьданноготелесногоуглазаписываетсякак
dФIdIddsin.
Таккаквпределахэлементарноготелесногоугла
IBdAcos,
тоdФBdAsincosdd.
Тогдаполныйпотоквполусферу(2;2)равен
2 2
Ф2dAd
0 0
Bsincosd.
Втомслучае,когдаизлучающаяповерхностьподчиняетсязаконуЛамберта,т.е.энергетическаяяркостьнезависитотнаправленияизлу-чения (Bconst),можнопоказать,что
2 2
Ф2BdAd
0 0
sincosdBdA.
ВэтомслучаеэнергетическаясветимостьравнаRB.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯОСВЕЩЕННОСТЬОТТОЧЕЧНЫХИПРОТЯЖЕННЫХИСТОЧНИКОВИЗЛУЧЕНИЯ
Точечнымисточникомизлученияназываетсяисточник,размерамикоторогоможнопренебречьпосравнениюсрасстояниемотисточникадоприемникаизлучения.Точечныйисточникхарактеризуетсяэнерге-тическойсилойсвета.Рассмотрим,каквычисляетсяосвещенность
элементарнойплощадки(рис.5.9).
dA1
точечнымисточникомизлученияS
I dA1
S
α
NL
Рис.5.9.Схемаосвещенияэлементарнойпло-щадкиточечнымисточникомизлучения
Телесныйуголнарисунке,соответствующийплощадке
dA1,равен
ddA1cos, а поток излучения в этот телесный угол –
L2
dФIdIdA1cos.
L2
Поэтомупоопределениюэнергетическаяосвещенностьравна
EdФIcos.
dA1 L2
Изприведеннойформулывытекает,что:
освещенностьповерхноститочечнымисточникомсветапрямопропорциональнасилесветавданномнаправлениииобратнопропор-циональнаквадратурасстоянияотосвещаемогоэлементаповерхностидоисточникаизлучения.Этазависимостьназываетсязакономобрат-ныхквадратов;
освещенностьпрямопропорциональнакосинусууглападениялучейнаосвещаемыйэлементповерхности–законнаклона.
Протяженнымисточникомизлученияназываетсяисточник,разме-рыкоторогосравнимысрасстояниемотисточникадоприемникаиз-лучения.Протяженныйисточникхарактеризуетсяэнергетическойяр-
костью.Рассмотрим,каквычисляетсяосвещенностьповерхностиA2в
точкеO2протяженнымисточникомизлучения
A1(рис.5.10).
ОбозначимчерезdEосвещенность,создаваемуювточкеO2
эле-
ментомdA1протяженногоисточникаизлучения
A1.
А1
I
О1
dA1
α1 N1
Е
L α2
О2
А
2dA2
N2
Рис.5.10.ОсвещенностьповерхностиА2вточкеО2
протяженнымисточникомизлученияА1
ПоопределениюэнергетическаяосвещенностьвточкеO2равна
dEdФIcos2,
dA2 L2
где
IBcos1dA1
иB–энергетическаяяркостьэлемента
dA1
вна-
правленииL.
Подставляявыражениедлясилысвета,получаем
dEBcos1cos2
L2dA1.
Элементарныйтелесныйугол,подкоторымизточкиO2
видна
элементарнаяплощадкасоставляет:
dA1
протяженногоисточникаизлучения
A1,
Следовательно,
d2dA1cos1
L2.
dEBcos2d2.
Нопоследнеевыражениеопределяетосвещенность,создаваемуюв
точкеO2
элементомdA1.Длятогочтобынайтиполнуюосвещенность,
создаваемуювсейповерхностьюпротяженногоисточникаизлученияA1
вточкеO2,надопроинтегрироватьэтовыражениепотелесномууглу
EBcos2d2.
2
Дляизлучающейповерхности,подчиняющейсязаконуЛамберта,
Bconstи
EBcos2d2.
2
Последниедвавыраженияявляютсяосновнымиприрасчетеосве-щенностейотпротяженныхповерхностей.
Придетальномрассмотренииосвещенностейотточечногоипро-тяженногоисточниковоказывается,что,еслирасстояниеотизлучаю-щейповерхностидоприемникаизлучениябольшепятидиаметровис-точника,топоследнийможносчитатьточечнымивсоответствиисэтимпроводитьрасчетыосвещенности.