CS206422B1 - Zapojení mikroelektronického detektoru zářeni - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení mikroelektronického detektoru záření s parametricky řízenou odporově kapacitní strukturou RC s rozprostřenými parametry. Detektor tohoto druhu umožňuje konstrukci měřičů intensity osvětlení eventuelně bezkontaktních měřičů teploty. Známé měřiče teploty např. pyrometry sice pracují s postačující přesností, potřebují však pro svou činnost přívod napájení a odvod výstupního signálu pomocí kabelu. Při měření v těžko přístupných místech technologických zařízení činí kabeláž již potíže nehledě k možnosti jejich poškození. Těmto nedostatkům má odpomoci zapojení podle vynálezu, podle něhož k tvarované RC struktuře, jejíž odporová vrstva je vystavena účinku řídící neelektrické veličiny, je paralelně připojen kapacitor a kompensační resistor a jeden pól tvarované RC struktury je zapojen k vstupu řízeného zdroje a druhý její pól je spojen se společnou svorkou, při čemž vodivá vrstva RC struktury je spojena s výstupem řízeného zdroje.

Zapojení podle vynálezu umožňuje bezdrátový přenos naměřené veličiny a její bezchybné číslicové zpracování s eliminací objektivních chyb měření.

Příklad provedení je blíže vysvětlen na výkresech, kde značí obr. 1 axonometrický pohled na RC strukturu, obr. 2 zapojení simulačního obvodu, obr. 3 celkové zapojení detektoru a obr. 4 ekvivalentní zapojení resonaněního okruhu detektoru.

Na obr. 1 je znázorněna měřená RC struktura 4. Skládá se z odporové vrstvy 1, na níž působí měřené záření o intensitě'£ znázorněné šipkami, z dielektrické vrstvy 2 a vodivé vrstvy 3. K zapojení RC struktury 4 do obvodu detektoru slouží vstupní svorka 11, druhá vstupní svorka 12 a svorka 10 napájení detektoru. K měřené RC struktuře 4 je paralelně připojen kondenzátor 5 a kompensační resistor 6, přičemž jeden pól měřené RC struktury 4 je připojen k vstupu řízeného zdroje 7 například zesilovače napětí apod. a druhý pól je spojen se společnou svorkou 8. Vodivá vrstva 3 RC struktury 4 je spojena s výstupem řízeného zdroje 7. Výstup detektoru je na výstupní svorce 9. Zapojení jako celek pracuje jako parametrický řízený oscilátor a jeho výstupní kmitočet je ve vztahu k měřené veličině.

Je-li nehomogenní t. j. tvarovaná měřená RC struktura 4 zapojena podle schématu na obr. 2, simuluje zapojení na svých vstupních svorkách 11 a 12 syntetický induktor L_s ve spojení s rezistorem R_s. Připojí-li ² 206422 se k vstupním svorkám 11 a 12 kondenzátor 5 o hodnotě Cj v zapojení podle obr. 3 a kompensační resistor 6 o hodnotě R_t, což je odporová hodnota kompensačního resistoru 6, získá se kmitající paralelní resonanční okruh (obr. 4), jehož kmitočet a>₀ je parametricky řízen neelektrickou veličinou, v popisovaném příkladě * měřeným zářením o intensitě E např. intensitou osvětlení, kmitočet ω_θ rezonančního okruhu .

ω₀ = F(E) pro K > K_klit = konst kde K je napěťové zesílení řízeného zdroje 7.

Pro vyjádření obecné funkční závislosti E(E) je nutné vyjít z konkrétního typu nanesených vrstev. Pro odporovou vrstvu 1 provedenou jako napařená fotoinduktivní vrstva sirníku kademnatého CdS závislost změny odporu R₀₁ nehomogenní tvarované RC struktury 4 k intensitě £j osvětlení lze psát ve tvaru . Řoi W2/ kde k — 0,5 až 1 podle geometrického uspořádání, R₀₁ je odpor vztažený k intensitě Et a R₀₂ je odpor vztažený k intensitě E₂.

Předchozí vztah napsaný v obecnějším tvaru je

Rf = AE~^k kde A je konst.

Při konstrukci tohoto detektoru je nutno brát v úvahu také teplotní závislost odporové vrstvy 1 tj. fotokonduktivní vrstvy. Obecně je charakterizována linearizovaným vztahem

RQ = 7?25°c[1 + Sj°(S— 525°c)] kde & je teplota okolí, 25 °C referenční teplota a

SR%° = dR₀ ⁴ °C ¹ je semirelativní citlivost napařené vrstvy na teplotě

R_o d&

Sign S$° je ovlivněno velikostí intenzity £ osvětlení. Směrem k vyšším hodnotám £ se mění z kladné hodnoty na zápornou. Při určování charakteristické funkce snímače lze vyjít z linearizovaného ekvivalentního zapojení rezonančního okruhu (obr. 4).

Pro ekvivalentní zapojení lze psát ^(ω₀Γ / \ i 1 + ^v

CiL_s((w₀) \ Ri protože ale

Ls = Λ(ω, £) R_s = /₂(ω, £) zavede se zjednošující předpoklad což lze vhodnou progresí zajistit.

Pro impedanční normované parametry pak *o =

Rs

Ri

NL_Sa(x) pro X = X_o kde X_Q = g>₀R₀C₀ a N = C₁fC₀; C_o je kapacita RC struktury 4 a X je normovaný kmitočet.

Pro pracovní oblast kmitočtů v blízkém okolí X_o lze funkci Ls_n(^x) aproximovat dvěma členy Taylorova rozvoje d£_Sn

Xo

Vzhledem k tomu, že pracovní bod se většinou jen nepatrně mění od klidového (za tmy), lze provést transformaci souřadnic do klidového pracovního bodu R₀(x₀, Esno)· Vztah lze pak přepsat na tvar

L_Sb(X) = XS^ pro X = X_o

Zavedením substituce za X_o, R_o a dosazením nakonec dostaneme / £^2k = CE^k ω₀ = kde C ... konstanta snímače ____ _______ . absolutní citlivost normované indukčnosti L_Sn na normovanénrkrnitočtu x

C_o ... kapacita mezi odporovou a vodivou vrstvou tvarované struktury ... ladicí kapacitor v rezonančním okruhu ω₀ ... úhlový kmitočet snímače

Vztah udává výslednou charakteristickou funkci konkrétního detektoru záření realizovaného s vrstvou CdS. Poslední typ detektoru může tvořit jádro při konstrukci některých z typů pyrometrů, kde vstupní tj. měřená veličina i výstupní tj. měronosná veličina je snímána bezkontaktním způsobem.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Zapojení mikroelektronického detektoru záření s kmitavým resonančním okruhem a parametricky řízenou odporově kapacitní strukturou RC vyznačené tím, že k tvarované RC struktuře (4), jejíž odporová vrstva (1) je vystavena účinku řídící neelektrické veličiny, je paralelně připojen kondenzátor (5) a kompensační resistor (6) a jeden pól tvarované RC struktury (4) je zapojen k vstupu řízeného zdroje (7) a druhý její pól je spojen se společnou svorkou (8), při čemž vodivá vrstva (3) RC struktury (4) je spojena s výstupem řízeného zdroje (7).