CS260655B1 - Zařízení pro měření a testování vlastností pyroelektriokých materiálů - Google Patents

Abstract

Řešení se týká konstrukce testovacího zařízení pro pyroelektrické materiály a řeší problém odstínění parasitních záření i nežádoucích elektrických polí, jakož i dosažení,geometrické stálosti zařízení za účelem získání stabilních a reprodukovatelných výsledků měření. Podstata zařízení spočívá v tom, že pyroelektrické čidlo je vyměnitelně uloženo v elektrický stíněném konektoru, otevřeném v směru k přerušovači infračerveného záření, který je připevněn k^elektricky stíněné schránce pro impedanční převodník. Mezi přerušovačem infračerveného záření a p^roelektrickým čidlem je uspořádán teplotně autůstabilizovaný referenční zdroj infračerveného záření. Tento referenční zdroj je odstíněn vůči pyroelektrickému čidlu a svou emisní plochou je obrácen k pohyblivé cloně přerušovače infračerveného záření.

Description

Vynález se týká zařízení pro měření a testování vlastností pyroelektriokých materiálů, určeného zejména pro práce na optimalisaci parametrů pyroelektriokých čidel.

Je již známo měřit a testovat vlastnosti pyroelektriokých materiálů s použitím zařízení obsahujícího regulovatelný zdroj infračerveného záření, přerušovač tohoto záření a pyroelektrický detektor, jehož vstupním členem je pyroelektrické čidlo.

Takováto zařízení jsou zpravidla sestavována z různých komponent dostupných v laboratorní praxi a jejich trvanlivost, spolehlivost a reprodukovatelnost výsledků je závislá na kvalitě a uspořádání použitých prvků. Nesleduje se přitom zpravidla přísně otázka vyloučení parasitních záření, odstínění nežádoucích elektrických polí, jakož i geometrické stálosti sestavy, jež se obvykle po ukončení serie prací rozebírá na jednotlivé elementy, jež se pak navracejí k původnímu použití v laboratoři.

Úkolem vynálezu je vyřešit konstrukci zařízení pro měření a testování vlastností pyroelektriokých materiálů, u níž jsou standartní známé členy jako regulovatelný zdroj infračerveného záření, přerušovač.tohoto záření a pyroelektrický detektor, jehož vstupním členem je pyroelektrické čidlo, doplněny dalšími opatřeními a vzájemně efektivně sdruženy v kompaktní zařízení poskytující časově stabilní výsledky měření oproštěné do parasitních vlivů.

260 655

Podstata vynálezu spočívá v tom, že pyroelektrické čidlo je vyměnitelně uloženo v elektricky stíněném konektoru^otevřeném ve směru k přerušovači infračerveného záření, kterýžto konektor je připevněn k elektricky stíněné schránce pro impedanční převodník, jenž je připojen na výstup pyroelektrického čidla. Zařízení je opatřeno referenčním zdrojem infračerveného záření v autostabilisovaném provedení. Tento referenční zdroj infračerveného záření je uspořádán mezi přerušovačem infračerveného záření a pyroelektrickým čidlem. Je přitom účelně odstíněn vůči pyroelektrickému čidlu a svou emisní plochou je obrácen k pohyblivé cloně přerušovače infračerveného záření. Alternativně může být autostabilisovaný zdroj infračerveného záření upraven na pohyblivé cloně přerušovače infračerveného záření,a to na straně přivrácené k pyroelektrickému Čidlu.

Na výstup impedančního převodníku je připojen synchronní detektor, spřažený s přerušovačem infračerveného záření a na výstup synchronního detektoru je připojeno vyhodnocovací ústrojí. V jednodušší versi může být na výstup impedančního převodníku připojen selektivní zesilovač^seřízený na kmitočet přerušovače infračerveného záření.

Elektricky stíněný konektor pro pyroelektrické čidlo je tvořen kovovou trubicí, která je osovou rovinou rozdělena na pevnou část a pohyblivou část, jež jsou spolu spojeny otočným závěsem a zámkem, přičemž v obou částech je upravena teflonová elektricky isolační výplň s přímkovými kontakty pro vývody pyroelektrického čidla.

Účinky předmětného řešení spočívají v tom, že zařízení poskytuje dlouhodobě stálé a spolehlivě reprodukovatelné výsledky měření při snadné vyměnitelnosti testovaných pyroelektrických čidel.

260 655

Elektricky stíněný konektor umožňuje vkládat vyměňovaná pyroelektrická čidla vždy do přesně stejné·polohy v dráze infračervených paprsků. Odezvy těchto čidel nejsou ovlivněny parasitními elektrickými poli a zařazením impedančního převodníku co nejblíže k pyroelektrickemu čidlu se transformuje vysokoimpedanční signál na nízkoimpedanční, odolný proti rušení.

Teplotně autostabilisované provedení referenčního zdroje zjednodušuje provoz celého zařízení tím, že již není nutno dalšími opatřeními stabilisovat teplotu referenčního zdroje.

Na výkrese je znázorněno na obr. 1 blokové schéma jednotlivých mechanických i elektronických dílů zařízení, na obr. 2 je principiální sestava základních dílů zařízení se zřetelem k jejich vzájemnému geometrickému uspořádání a na obr. 3 je dvoudílný elektricky stíněný konektor pro uložení pyroelektrického čidla.

Podle obr. 1 sestává zařízení ze zdroje 1 infračerveného záření s regulátorem teploty _2, za nímž se nachází aperturní clona 2 a přerušovač 4. záření s příslušným napájecím zdrojem £ přerušovače 4.

Dále je upraveno pyroelektrické čidlo 6. s impedančním převodníkem 2 a se zdrojem 8 převodníku 2· Převodník £ je připojen k synchronnímu detektoru 2» který má opět svůj vlastní zdroj 10. Za ním je upraven buá analogový ukazatel 11_}nebo digitální ukazatel 12.

Zdroj 1 infračerveného záření emituje zářivý tok, který je po dopadu na absorpční elektrodu pyroelektrického čidla 6_ přeměněn v teplo, které způsobí celkový vzrůst teploty pyroelektrického čidla 6. To má za následek změnu spontánní polarisace materiálu pyroelektrického čidla 6 a jeho externím elektrickým obvodem proteče elektrický proud jako důsledek vyvážení polarisačního

- 4 260 055 efektu. Tento proud je úměrný časové změně teploty. Proto je pyroelektrické čidlo 6 necitlivé na kontinuální záření a signální odezva nastává jedině tehdy, je-li toto záření přerušováno. Za tímto účelem je nezbytné zařadit do cesty infračerveného záření přerušovač 2 s příslušným zdrojem 2· Apertumí clona 2 kalibruje průřez svazku infračervených paprsků, t.j. odstiňuje sálavé teplo u nevyužitelné emisní plochy zdroje 1 infračerveného záření. Tímto zdrojem 1 může být výhodně teplotní etalon označovaný obvykle jako absolutně černé těleso. Jedná se o válec, v němž je vypracován emisní kužel vytvářející dutinu, jejíž odrazivost je zanedbatelně malá, takže pohlcuje veškerá záření na ni dopadající. Udržuje-li se černé těleso regulátorem teploty 2, napájejícím elektrické odporové vinutí uvnitř válce, na určité teplotě, pak z dutiny vystupuje přesně definovaný zářivý tok. Měření se provádí zpravidla při teplotě Τ = 5θθ °K.

Elektrický náhradní obvod pyroelektrického čidla 2 představuje zdroj proudu s paralelně zapojeným kondensátorem· Tato kombinace dává pyroelektrickému čidlu 6 vysokoimpedanční charakter a proto byl v zařízení podle vynálezu připojen na výstup pyroelektrického čidla 2 impedanční převodník 2» poskytující transformaci na nízkou impedanci. Pyroelektrické čidlo £ ve spojení s impedančním převodníkem 2 představuje pyroelektrický detektor.

Z přerušovače 2 infračerveného záření je možno odvodit impulsy, jimiž se řídí synchronní detektor 2 opatřený napájecím zdrojem 10.

Na výstupu synchronního detektoru 2 ^se odebírá usměrněné napětí pro vyhodnocovací ústrojí, jímž je analogový ukazatel 11 nebo digitální ukazatel 12. Jak bylo už vpředu uvedeno, je možno namísto synchronního detektoru 2 použít selektivní zesilovač, který pracuje na kmitočtu přerušovače £ infračerveného záření.

- 5 260 655

Jako poslední člen vyhodnocovacího obvodu je zařazen buá analogový ukazatel ll_;nebo digitální ukazatel 12« Vyskytne-li se potřeba upravit pro některý z těchto ukazatelů 11 nebo 12 úroveň signálu, je možné zařadit buá před synchronní detektor j^nebo za něj vhodný zesilovač·

Na obr. 2 je rozkresleno seskupení hlavních členů zařízení podél optické osy, jakož i elektrické vazby mezi nimi.

Infračervené záření vystupuje ze zdroje 1, schematicky v ře zu znázorněného jako absolutně černé těleso s kuželovou emisní dutinou, dále záření projde aperturaí clonou a přerušovačem £ je střídavě propouštěno na pyroelektrické čidlo fa za nímž je zařazen impedanční převodník £.

Přerušovač £ je uváděn do kmitavého pohybu zdrojem fa přičemž od tohoto pohybu je odvozen signál zaváděný jako řídící do synchronního detektoru fa za nímž následují již uvedené ukazatelé 11 nebo 12.

V sestavě je zařazen referenční zdroj 13 infračerveného záření v teplotně autostabilisovaném provedení. Tělísko tohoto referenčního zdroje 13 má řádově milimetrové rozměry a je umístěno tak, aby jeho záření bylo odstíněno vůči pyroelelektrickému čidlu £ a přitom dopadalo na odraznou plochu přerušovače £ pod takovým úhlem, aby odražený tok záření zcela pokryl absorpční elektrodu pyroelektrického čidla fa

Tělísko referenčního zdroje 13 infračerveného záření je vytvořeno z feroelektrické látky; destička se dvěma protilehlými elektrodami tvoří feroelektrický kondensátor, který je vyhříván vlastními dielektrickými ztrátami střídavým napětím vhodného kmitočtu a amplitudy.

Rovnovážný stav teplotní autostabilisace se ustaví za podmínek rovnováhy mezi elektrickým vyhřívacím příkonem ze zdroje a výkonem vyzařovaným z kondensátoru do okolí.

Na obr. 3 je znázorněn v otevřeném stavu dvoudílný elektric ky stíněný konektor pro pyroelektrické čidlo 6. Tento konektor je tvořen kovovou trubicí, kterou osová rovina dělí na pevnou část 14 a pohyblivou část 15,. Obě části 14 a 15 jsou spolu spojeny prostřednictvím otočného závěsu 16 a zámku 17. V obou částech 14, 15 je upravena teflonová elektricky isolační výplň 18, 18' s přímkovými kontakty 19. 19' pro vývody pyroelektrického čidla·

Pevná část ií konektoru je připevněna k elektricky stíněné schránce 20, v níž je uspořádán impedanční převodník 2 pyroelektrického čidla 6,.

Předmětné zařízení podle vynálezu lze s využitím všech jeho kladných účinků využívat také jako infračerveného radiometru.

V tomto případě bude pyroelektrické čidlo 2 trvalou součástí vyhodnocovacího obvodu a namísto zdroje 1 infračerveného záření s regulátorem teploty 2 se před aperturní clonu 2 umístí proměřo váný předmět,resp. se zařízení k takovému předmětu přistaví. Výstupní ukazatelé 11 a 12 budou ovšem ocejchovány podle účelu použití.

Claims (8)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   260 655

   1. Zařízení pro měření a testování pyroelektrických materiálů, obsahující regulovatelný zdroj infračerveného záření, přerušovač tohoto záření a pyroelektrický detektor, jehož vstupním členem je pyroelektrioké čidlo, vyznačující se tím, že pyroelektrické čidlo (6) je vyměnitelně uloženo v elektricky stíněném konektoru otevřeném ve směru k přerušovači (4) infračerveného záření, přičemž konektor je připevněn k elektricky stíněné schránce (20) pro impedanční převodník (7), jenž je připojen na výstup pyroelektrického čidla (6).
2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že je opatřeno referenčním zdrojem (13) infračerveného záření v teplotně autostabilisováném provedení.
3. 3. Zařízení podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že teplotně auto stabilisovaný referenční zdroj (13) infračerveného záření je uspořádán mezi přerušovačem (4) infračerveného záření a pyroelektrickým čidlem (6).
4. 4. Zařízení podle bodů 1, 2 a 3, vyznačující se tím, že teplotně autostabilisovaný referenční zdroj (13) infračerveného záření je odstíněn vůči pyroelektrickému čidlu (6) a svou emisní plochou je obrácen k pohyblivé cloně přerušovače (4) infračerveného záření.
5. 5. Zařízení podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že teplotně auto stabilisovaný referenční zdroj (13) infračerveného záření je upraven na pohyblivé cloně přerušovače (4), a to na straně přivrácené k pyroelektrickému čidlu (6).
6. 6. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že na výstup impedančního převodníku (7) je připojen synchronní detektor (9) spřažený s přerušovačem (4) infračerveného záření a na výstup synchron ního detektoru (9) je připojeno vyhodnocovací ústrojí.
7. 7. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že na výstup impedančního převodníku (7) je připojen selektivní zesilovač seřízený na kmitočet přerušovače (4) infračerveného záření.
8. 8. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že elektricky stíněný konektor pro pyroelektrické čidlo (6) je tvořen kovovou tru bicí, která je osovou rovinou rozdělena na pevnou část (14) a po hyblivou část (15), jež jsou spolu spojeny otočným závěsem (16) a zámkem (17), přičemž v obou částech (14, 15) je upravena teflo nová elektricky isolační výplň (18, 18*) s přímkovými kontakty (19, 19*) pro vývody pyroelektrického čidla (6).

   3 výkresy