Badanie i przetwarzanie odpowiedzi detektora piroelektrycznego na

Badanie i przetwarzanie odpowiedzi detektora piroelektrycznego
na potrzeby pomiarów energii promienistej / Andrzej Odon. – Poznań,
2010
Spis treści
STRESZCZENIE
WYKAZ WAśNIEJ SZYCH OZNACZEŃ
6
7
1.
1.1.
1.2.
1.3.
WSTĘP
Wprowadzenie
Cel i zakres pracy
Struktura rozprawy
9
9
13
14
2.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
DETEKTORY PIROELEKTRYCZNE
Rodzaje detektorów promieniowania impulsowego
Zasada działania i konstrukcja detektorów piroelektrycznych
Materiały piroelektryczne
Parametry detektorów piroelektrycznych stosowanych
w pomiarach mocy i energii promieniowania
17
17
18
21
MODEL MATEMATYCZNY I SYGNAŁ ODPOWIEDZI DETEKTORA
PIROELEKTRYCZNEGO
3.1.
Wprowadzenie
3.2.
Podstawowe układy pracy detektora piroelektrycznego
3.3.
Model detektora piroelektrycznego
3.3.1.
Model matematyczny
3.3.2.
Odpowiedź na sygnał promieniowania modulowany sinusoidalnie
3.3.2.1. Czułość prądowa
3.3.2.2. Czułość napięciowa
3.3.3.
Odpowiedź na sygnał skokowy
3.3.4.
Odpowiedź na sygnał impulsowy
23
3.
MODEL TRANSMITANCYJNY I SYMULACJA DETEKTORA
PIROELEKTRYCZNEGO
4.1.
Uwagi wstępne
4.2.
Transmitancyjny model detektora piroelektrycznego
4.3.
Badania symulacyjne w środowisku MATLAB-Simulink
4.3.1.
Model symulacyjny detektora piroelektrycznego
w środowisku MATLAB-Simulink
4.3.2.
Odpowiedź detektora piroelektrycznego na pobudzenie sinusoidalnie
modulowanym promieniowaniem
4.3.2.1. ZaleŜność czułości napięciowej Rv detektora piroelektrycznego od
częstotliwości dla sinusoidalnej, trapezowej i prostokątnej modulacji
promieniowania
27
27
29
31
31
35
35
40
44
46
4.
53
53
54
58
58
60
60
4.3.2.2. ZaleŜność czułości napięciowej detektora piroelektrycznego od jego
grubości
4.3.2.3. ZaleŜność czułości napięciowej detektora piroelektrycznego od
rezystancji obciąŜenia
4.3.3.
Odpowiedź detektora piroelektrycznego na pobudzenie sygnałem
promieniowania typu skok jednostkowy
4.3.3.1. ZaleŜność czułości napięciowej detektora piroelektrycznego od
rezystancji obciąŜenia
4.3.3.2. ZaleŜność odpowiedzi napięciowej detektora piroelektrycznego od
termicznej stałej czasowej
4.3.4.
Odpowiedź detektora piroelektrycznego na pobudzenie impulsowym
sygnałem promieniowania
4.3.4.1. Badanie wpływu czasu trwania impulsu promieniowania na amplitudę
odpowiedzi napięciowej detektora piroelektrycznego
4.3.4.2. Badanie wpływu stałej czasowej termicznej na amplitudę odpowiedzi
napięciowej detektora piroelektrycznego
4.3.4.3. ZaleŜność amplitudy odpowiedzi napięciowej detektora
piroelektrycznego od grubości warstwy materiału piroelektrycznego
4.3.4.4. ZaleŜność amplitudy odpowiedzi napięciowej detektora
piroelektrycznego od powierzchni jego elektrody
4.3.4.5. ZaleŜność amplitudy odpowiedzi napięciowej detektora
piroelektrycznego od rezystancji obciąŜenia
4.3.4.6. ZaleŜność amplitudy odpowiedzi napięciowej detektora
piroelektrycznego od częstotliwości impulsów promieniowania
4.3.4.7. Dyskusja wyników badań
5.
5.1.
5.2.
5.2.1.
5.2.2.
5.2.3.
5.3.
5.3.1.
5.3.2.
5.3.3.
5.3.4.
5.3.5.
ŹRÓDŁA PROMIENIOWANIA OPTYCZNEGO DO BADAŃ
DETEKTORÓW PIROELEKTRYCZNYCH
Mechaniczne modulatory promieniowania
Impulsowe, elektronicznie sterowane źródło promieniowania
Wiadomości podstawowe
Zasada działania i schemat blokowy impulsowego źródła
promieniowania optycznego
Zastosowanie impulsowego źródła promieniowania optycznego
do badań detektorów piroelektrycznych
Stabilizowane źródło promieniowania optycznego
Wprowadzenie
Opis konstrukcji głowicy źródła światła
Sterownik matrycy SLED z optycznym sprzęŜeniem zwrotnym do
stabilizacji mocy promieniowania niemodulowanego
Analiza układu regulacji mocy promieniowania
sterownika diod elektroluminescencyjnych
Wybrane wyniki badań stabilizowanego źródła promieniowania i ocena
przydatności do badań eksperymentalnych detektorów piroelektrycznych
66
68
70
70
72
74
74
78
81
84
87
90
95
100
100
104
104
105
106
108
108
111
112
114
121
6.
6.1.
6.1.1.
6.1.2.
6.2.
6.3.
6.3.1.
6.3.2.
6.3.3.
6.4.
6.4.1.
6.4.2.
6.4.3.
6.4.4.
6.4.5.
6.4.6.
6.4.7.
7.
ZASTOSOWANIE POLIMEROWEGO DETEKTORA
PIROELEKTRYCZNEGO TYPU PVDF DO POMIARÓW
ENERGII PROMIENIOWANIA IMPULSOWEGO
Technologia wykonania i konstrukcja głowicy detektora
piroelektrycznego typu PVDF
Technologia wykonania polimerowego detektora piroelektrycznego
Konstrukcja głowicy detektora
Parametry detektora piroelektrycznego
Kondycjonowanie sygnału odpowiedzi napięciowej detektora
piroelektrycznego w układzie miernika energii promieniowania
impulsowego
Struktura miernika energii promieniowania impulsowego
Układ wzmacniacza sygnału odpowiedzi detektora piroelektrycznego
Układ przetwarzania sygnału detektora piroelektrycznego
Wyniki badań eksperymentalnych
Stanowisko do badań detektora piroelektrycznego
Kształt i parametry czasowe odpowiedzi napięciowej detektora
piroelektrycznego typu PVDF
ZaleŜność amplitudy odpowiedzi detektora piroelektrycznego PVDF od
rezystancji obciąŜenia
ZaleŜność odpowiedzi napięciowej detektora piroelektrycznego PVDF od
częstotliwości
ZaleŜność amplitudy odpowiedzi napięciowej detektora
piroelektrycznego PVDF od energii impulsu promieniowania
Czułość napięciowa detektora piroelektrycznego PVDF
Charakterystyka temperaturowa czułości napięciowej detektora
piroelektrycznego PVDF
PODSUMOWANIE
126
127
127
129
131
134
134
135
138
145
145
147
155
157
160
163
164
165
LITERATURA
170
ABSTRACT
178
oprac. BPK