CS225484B1

CS225484B1 - Thermally self-stabilized source of electromagnetic radiation

Info

Publication number: CS225484B1
Application number: CS364382A
Authority: CS
Inventors: Antonin Glanc
Original assignee: Antonin Glanc
Priority date: 1982-05-18
Filing date: 1982-05-18
Publication date: 1984-02-13

Description

Teplotně autostabilizovaný zdroj elektromagnetického zářeníThermally autostabilized source of electromagnetic radiation

Vynález se týká teplotně autostabilizovaného zdroje elektromagnetického záření, vytvořeného z feroelektriokého materiálu a pracujícího v režimu teplotní autostabilizace.The invention relates to a thermally autostabilized source of electromagnetic radiation formed of ferroelectric material and operating in a temperature autostabilization mode.

V infračervené radiometrii se pro absolutní měření zářivé energie a zářivého toku musí srovnávat měřené hodnoty s referenčním zdrojem zářivé energie či zářivého toku, kterým je v technické praxi tzv· Černé těleso s konatatní teplotou a koeficientem emisivity £, blízkým jednotce. Takové parametry lze dosáhnout pouze u velmi robusních černých těles, která jsou konstrukčně podobná elektrickým pecím s dobrou tepelnou izolací a složitou a nákladnou stabilizací elektrického proudu potřebného pro ohřev.In infrared radiometry, for absolute measurement of radiant energy and radiant flux, the measured values must be compared with a reference source of radiant energy or radiant flux, which in technical practice is the so-called Black body with constant temperature and emissivity coefficient, close to the unit. Such parameters can only be achieved with very robust black bodies which are structurally similar to electric furnaces with good thermal insulation and the complex and costly stabilization of the electrical current required for heating.

V důsledku toho se použitelnost takovýchto zařízení omezuje na laboratorní podmínky.Consequently, the applicability of such devices is limited to laboratory conditions.

Referenční zdroje záření užívané v přenosných radiometrických systémech, jako jsou Peltierův článek, termistor apod._ř mají buď velkou spotřebu energie, nebo jsou velmi závislé na změnách teploty okolí, což při dlouhodobých měřeních je příčinou značných chyb. Proto byl hledán takový zdroj infračerveného záření, jenž by byl uvedenými nedostatky postižen co nejméně, byl snadno vyrobí telný, energeticky nenáročný a v technicky přijatelné míře eliminoval nepříznivé vlivy změn teploty okolí na své fyzikální parametry.Reference radiation sources used in portable radiometric systems such as Peltier element, a thermistor, etc. _Of having either high energy or are highly dependent on changes in ambient temperature, which is a long-term measurements cause significant errors. Therefore, a source of infrared radiation was sought that would be affected as little as possible by these shortcomings, was easy to manufacture, energy efficient and eliminated to a technically acceptable extent the adverse effects of ambient temperature changes on its physical parameters.

Uvedené cíle splňuje tento vynález teplotně stabilizovaného zdroje elektromagnetického záření, zejména pro infračervenou radiometrii, jenž obsahuje alespoň jeden feroelektrický prvek o kle sající závislosti imaginární složky permitivíty na teplotě. Feroelektrický prvek má příkladně tvar planparalelni destičky.The present invention fulfills the objectives of a temperature stabilized source of electromagnetic radiation, in particular for infrared radiometry, which comprises at least one ferroelectric element with a decreasing dependence of the imaginary component of the permittivity on temperature. The ferroelectric element is, for example, in the form of a planar parallel plate.

Podle vynálezu jsou na protilehlých plochách feroelektriekého prvku uspořádány přívodní elektrody, z nichž jedna elektroda je plošně připojena k elektricky nevodivé podložce o tepelné vodivosti Jg < 0,1630 J/ m s K, kdežto druhá elektroda je opatře na povlakem o koeficientu emisivity £ vyhovujícím podmínceAccording to the invention, supply electrodes are provided on opposite surfaces of the ferroelectric element, one of which is electrically connected to an electrically non-conductive substrate with a thermal conductivity Jg < 0.1630 J / m s K, while the other electrode is coated

0,01 < £<0,992· Peroelektrický prvek může být vytvořen z materiálu s fázovým přechodem prvého druhu, z materiálu s fázovým přechodem druhého druhu, z jednodoménového feroelektrického krystalického materiálu, z feroelektrického polykrystalického materiálu, z mnokrystalu feroelektrického materiálu, z feroelektrického pevného roztoku, případně obsahujícího příměs deuteria·0.01 <£ <0.992 · The perelectric element may be formed of a first-phase phase transition material, a second-phase phase transition material, a single-domain ferroelectric crystalline material, a ferroelectric polycrystalline material, a ferroelectric material monocrystal, a ferroelectric solid solution, possibly containing deuterium ·

V povrchu vyzařovací plochy feroelektrického prvku mohou být kolmo na směr jeho feroelektrické osy vytvořeny paralelní drážky, kde stěny každé drážky svírají spolu úhel 45°.In the surface of the radiating surface of the ferroelectric element, parallel grooves may be formed perpendicular to the direction of its ferroelectric axis, whereby the walls of each groove form an angle of 45 ° together.

Praktické provedení vynálezu vychází z potřeby vytvořit miniaturní plošný zdroj infračerveného záření, blížící se co nejvíce parametrům tzv. černého tělesa s teplotou, odpovídající teplotě fázového přechodu použitého materiálu.A practical embodiment of the invention is based on the need to create a miniature surface source of infrared radiation, as close as possible to the parameters of the so-called black body with a temperature corresponding to the phase transition temperature of the material used.

Teplotně autostabilizovaný zdroj může mít různé tvary, např. obdélníkový, kruhový, formu dutého kužele, sférický či parabolický tvar, eventuálně může být složen z několika elementárních zdro jů stejného nebo různého tvaru. Výhodné je však základní provedení feroelektrického prvku ve tvaru planparalelní destičky, které usnadňuje připojení feroelektrického prvku k elektricky nevodivé podložce. Peroelektrický prvek může být vytvořen z různých materiálů o vhodných teplotách fázových přechodů, jako jsou triglycinselenát (teplota fázového přechodu 24 ⁴0), triglycinsulfát (49,2 °G), deuterovaný triglycinsulfát (59,3 °C), triglycinfluoroberylát (68,9 ^dC) a bariumtitanát (120 °C).The thermally autostabilized source may have different shapes, e.g., rectangular, circular, hollow cone, spherical or parabolic, or may be composed of several elementary sources of the same or different shape. However, a basic embodiment of a ferroelectric element in the form of a planar parallel plate is preferred, which facilitates the attachment of the ferroelectric element to an electrically nonconductive substrate. The perelectric element may be formed from a variety of materials at suitable phase transition temperatures, such as triglycine selenate (24 ⁴ 0 phase transition temperature), triglycine sulfate (49.2 ° C), deuterated triglycine sulfate (59.3 ° C), triglycinfluoroberylate (68.9 ° C) ^d C) and barium titanate (120 ° C).

Vliv změny teploty okolí Τθ na změnu teploty zdroje záření T₂ v režimu teplotní autostabilizace vyjadřuje stabilizační činitel « který je např. pro triglycinsulfát a vyhřívací kmitočty nad 5 MHz roven S < 0,005.The influence of the ambient temperature change Τθ on the temperature change of the source of radiation T ₂ in the temperature autostabilization mode is expressed by the stabilizing factor «which is eg S <0.005 for triglycine sulphate and heating frequencies above 5 MHz.

Na připojeném výkresu je znázorněn příklad provedení teplot;abilizováného zdroje elektromagnetického záření podle vynálezu.In the accompanying drawing, an exemplary embodiment of the temperatures of an abilized electromagnetic radiation source according to the invention is shown.

Peroelektrický prvek JL upravený ve tvaru planparalelní destičky je opatřen dvěma přívodními elektrodami 2 a 2» jejichž roviny jsou kolmé k feroelektrické ose. Elektroda 2 3® opatřena povlakem £ s koeficientem emisivity 6 v rozmezí 0,01 až 0,992 a slouží jako zářivá plocha zdroje. Elektroda 2 je pevně spojena s elektricky nevodivou podložkou 2 ⁰ tepelné vodivosti < 0,1630 J/m s Κ. K připojení zdroje střídavého napětí píro ustavení režimu teplotní autostabiliaace slouží přívody 6 aThe perelelectric element 11 provided in the form of a planar parallel plate is provided with two lead electrodes 2 and 2 whose planes are perpendicular to the ferroelectric axis. The electrode 23 is coated with a coefficient of emissivity 6 in the range of 0.01 to 0.992 and serves as the radiating surface of the source. The electrode 2 is fixedly connected to an electrically nonconductive underlay 2 ⁰ Thermal conductivity <0.1630 J / ms Κ. Connections 6 and are used to connect the AC power supply when the temperature autostabilization mode is set up

Ke spolehlivé funkci teplotně autostabilizovaného zdroje elektromagnetického záření podle vynálezu postačí tranzistorový oscilátor, jakožto generátor ohřevu. To umožňuje jeho využití jako referenčního zdroje záření v přenosných bateriových radiometrech a dalších systémech detekce infračerveného záření.A transistor oscillator as a heating generator is sufficient for the reliable operation of the thermally autostabilized electromagnetic radiation source according to the invention. This allows it to be used as a reference radiation source in portable battery radiometers and other infrared detection systems.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A thermally autostabilized source of electromagnetic radiation, in particular for infrared radiometry, comprising at least one ferroelectric element with a decreasing temperature dependence of the imaginary permittivity component, adapted, for example, in the form of a planar parallel plate, by knowing that the supply surfaces of the ferroelectric element electrodes (2, 3), one of which is electrically connected to an electrically non-conductive substrate (5) of thermal conductivity <0.1630 J / ms K, while the other electrode is coated (4) with an emissivity coefficient £ satisfying condition 0.01 <£ <0.992 ·

2. The thermally autostabilized source of electromagnetic radiation according to claim 1, characterized in that the ferroelectric element (1) is of a first-phase phase transition material.

A thermally autostabilized source of electromagnetic radiation according to claim 1, characterized in that the ferroelectric element (1) is of a second-phase phase transition material.

4. The thermostabilized electromagnetic radiation source according to claim 1, characterized in that the ferroelectric element (1) is formed from a single-domain ferroelectric crystalline material.

5. A thermally autostabilized source of electromagnetic radiation according to claim 1, characterized in that the ferroelectric element (1) is made of ferroelectric polycrystalline material.

6. A thermostabilized electromagnetic radiation source according to claim 1, characterized in that the ferroelectric element (1) is formed of a single crystal of ferroelectric material.

A thermally autostabilized source of electromagnetic radiation according to claim 1, characterized in that the ferroelectric element (1) is made of ferroelectric solid solution.

8. A thermally autostabilized source of electromagnetic radiation according to claim 7, wherein the ferroelectric solid solution comprises an admixture of deuterium.

Thermally autostabilized electromagnetic radiation source according to Claims 1 to 8, characterized in that parallel grooves are formed in the surface of the radiating surface of the ferroelectric element (1) perpendicular to the direction of its ferroelectric axis, where the walls of each groove form an angle of 45 °.