2.3.7. Дилатометрические приемники излучения

Действие дилатометрических приемников излучения основано на температурном изменении размеров чувствительного элемента.

При использовании газообразных и жидкостных чувствительных элементов (ЧЭ) важным параметром материала дилатометра является температурный коэффициент объемного расширения, а в случае твердотельных ЧЭ – коэффициент линейного расширения (на 2…3 порядка меньше по сравнению с газами и жидкостями).

За полуторавековую историю существования дилатометров было создано несколько видов таких приемников излучения, которые различались материалами ЧЭ и конструкциями. Наиболее известным и даже освоенным промышленностью США и СССР является газовый дилатометр – так называемый элемент Голея [2.7] за рубежом, а в нашей стране оптико-акустический приемник (ОАП) [2.8].

Конструктивно ОАП представляет собой две камеры, заполненные воздухом или ксеноном (последний как наименее теплопроводный газ применяется для уменьшения кондуктивного теплоотвода от газа к стенкам камеры). Торец рабочей (т.е. измерительной) камеры, обращенный к падающему потоку излучения, герметично закрыт тонкой (~0,1 мкм) приемной пленкой из нитроцеллюлозы. На внешней поверхности пленки находится матовый слой испаренного алюминия, толщиной достаточной для поглощения приблизительно половины падающего потока. Излучение, прошедшее сквозь приемную пленку, дополнительно поглощается самим газом в камере. Противоположный торец измерительной камеры также герметизирован тонкой (0,1 мкм) индикаторной нитроцеллюлозной мембраной, наружная поверхность которой покрыта отражающей металлической пленкой, играющей роль гибкого зеркала - детали оптического микрофона. Здесь Рис 2.Хх

Оптический микрофон включает в себя вспомогательный источник излучения (в последних моделях ОАП – излучательный ИК диод), линзовый конденсор, полосатый растр (обычно нанесенный на плоскую поверхность линзы конденсора), гибкую отражающую мембрану и миниатюрный фотоприемник (в последних моделях - кремниевый фотодиод в режиме короткого замыкания, включенный на вход трансимпедансного операционного усилителя). Излучение диода проходит через растр, конденсором концентрируется на гибком зеркале мембраны, и, отразившись от него, вновь направляется на растр и, пройдя его, дополнительным плоским зеркалом фокусируется на площадке фотодода. Система двукратно пересекаемого излучением растра обычно называется оптическим реле (фотореле) или мультипликатором.

В отсутствие излучения на приемной площадке ОАП фотореле настраивают так, чтобы излучение через растр не проходило и электрический сигнал на выходе микрофона отсутствовал.

При действии излучения на приемную площадку ОАП газ в рабочей камере нагревается и появляется избыточное давление, которое прогибает индикаторную мембрану, вызывает расстройку фотореле и соответствующее ему изменение тока на выходе фотодиода.

Для предотвращения или ослабления влияния на работу ОАП изменений температуры окружающей среды в конструкции ОАП предусмотрен так называемый уравнительный канал, который соединяет две герметичные камеры, прилегающие к двум поверхностям гибкой индикаторной мембраны. Размеры уравнительного канала рассчитываются таким образом [2.6], чтобы полезные вариации давления в рабочей камере, происходящие с частотой модуляции падающего излучения, уравнительным каналом не уменьшались, а вредные, относительно медленные колебания давления, вызванные изменением температуры окружающей среды, подавлялись.