FI117876B - Kytkentä ja menetelmä transitioreunabolometrejä varten - Google Patents
Kytkentä ja menetelmä transitioreunabolometrejä varten Download PDFInfo
- Publication number
- FI117876B FI117876B FI20050515A FI20050515A FI117876B FI 117876 B FI117876 B FI 117876B FI 20050515 A FI20050515 A FI 20050515A FI 20050515 A FI20050515 A FI 20050515A FI 117876 B FI117876 B FI 117876B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- resistor
- resistor element
- feedback
- bolometer
- amplifier
- Prior art date
Links
- 230000007704 transition Effects 0.000 title claims description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 16
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 10
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 10
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 241000238366 Cephalopoda Species 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices
- G01J5/22—Electrical features thereof
- G01J5/24—Use of specially adapted circuits, e.g. bridge circuits
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
- G01K7/22—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor
- G01K7/24—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
1 1 7876
Kytkentä ja menetelmä transitioreunabolometrejä varten
Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentä transitioreunabolometriä 5 varten.
Keksinnön kohteena on myös menetelmä transitioreunabolometriä varten.
Jos suprajohtavan lämpöeristetyn kappaleen lämpötila on hyvin lähellä transitiopistettä, sen 10 vastus muuttuu erittäin paljon pienestäkin esim. säteilyn tai massalllisen partikkelin aiheuttamasta lisäenergiasta. Transitioreunabolometrejä on käytetty esim. millimetriaaltojen ilmaisemiseen. Näissä usein teho ohjataan bolometriin integroidun antennin kautta.
Tunnetun tekniikan mukainen ratkaisu on kuvattu seuraavassa.
15
Yleensä bolometrin vastusarvo on suhteellisen pieni, sadoista milliohmeista muutamiin oh-meihin ja se on jäähdytetty 100 mK - 10 K lämpötiloihin sovellutuksesta riippuen. Periaatteessa bolometrin kohina rajoittuu ns. fononikohinaan, mutta käytännössä elektroniikan kohina voi olla tätä huomattavasti suurempi.
• · · » 1 # A.
··· · 20
Koska vastuksen muutos lämpötilan funktiona on erittäin suuri, sen läpimenevä virta lämmit- • · · ·“ " tää komponenttia ja synnyttää termisen takaisinkytkennän. Jos vastuksen yli ajetaan vakiovir- * · taa, terminen takaisinkytkentä on positiivinen: virta lämmittää vastusta, jolloin vastus kasvaa • 1 1 ja kasvanut vastus ottaa enemmän tehoa virtalähteestä ja jäijestelmä muuttuu epästabiiliksi.
• · "2 25 Laite alkaa värähtelemään tai ajautuu laitaan.
·· · t «· Tästä syystä tunnetussa tekniikassa transitiobolometri jännitebiasoidaan, jolloin terminen ta- • 1 * · *“ kaisinkytkentä on negatiivinen. Jännitebiaksessa vastuksen lämpeneminen lisää vastuksen · arvoa ja vastus ottaa vähemmän tehoa vakiojännitelähteestä ja lopullinen muutos vastusar- 2 • ♦ · 30 vossa on pienempi negatiivisen takaisinkytkennän vuoksi. Positiivinen takaisinkytkentä kas-*:··· vattaa vastuksen dynaamista impedanssia, mutta negatiivinen takaisinkytkentä pienentää sitä.
*♦1·· · 117876 2
Pienikohinaiset vahvistimet, varsinkin huoneenlämpötilassa, suosivat suurta impedanssia varsinkin pienillä signaalitaajuuksilla. Jos käytetään muuntajaa impedanssin suurentamiseksi elektroniikka monimutkaistuisi. Koska negatiivinen takaisinkytkentä pienentää entisestään bolometrin antoimpedanssia, sen mittaaminen huoneenlämpötilaelektroniikalla kohinaa kas-5 vattamatta on lähes mahdoton. Positiivista takaisinkytkentää on hankala hyödyntää, koska järjestelmä muuttuu epästabiiliksi.
Perinteisesti transitiobolometreissä on käytetty SQUIDiä etuvahvistimena, koska pienikohi-nainen SQUID-vahvistin suosii hyvin pientä kohteen impedanssia. SQUID on kuitenkin ää-10 rimmäisen herkkä ja kallis anturi ja käytetään esim. turvallisuussovellutuksissa kouluissa. Mekaanista jäähdytystä (kompressoria) käyttävissä laitteistoissa SQUID ei ole paras mahdollinen ratkaisu, sillä mekaaninen jäähdytys aiheuttaa tärinää, jolle SQUID on herkkä.
Tunnettua tekniikkaa on kuvattu mm. US-patenteissa 6 211 519 ja 6 455849.
15 Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnetun tekniikan ongelmia ja aikaansaada aivan uudentyyppinen kytkentä ja menetelmä transitioreunabolometrejä varten.
Keksintö perustuu siihen, että käytetään sekä positiivista että negatiivista taksaisinkytkentää • * · ··* * 20 samanaikaisesti. Käytännössä tämä voidaan toteuttaa virtabiasoinnilla toteutetulla « positiivisella takasinkytkennällä yhdistettynä negatiiviseen jännitetakaisinkytkentään.
• · » *·· : Keksinnön yhdellä sovelluksella pyritään maksimoimaan dynaamisen vastuksen (bolometrin) • · ***** arvo.
* * * * ···.
• · « · • · · * * *···* 25 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle kytkennälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.
• · ··# • ·
Keksinnön mukaiselle menetelmälle puolestaan on tunnusomaista se, mikä on esitetty patent- ***** tivaatimuksen 7 tunnusmerkkiosissa.
• · • ♦ 30 ♦ *:*·· Keksinnöllä saavutetaan huomattavia etuja.
• · 117876 '3
Keksinnön edullisten sovellusten avulla saadaan bolometrivastuksen dynaaminen arvo maksimoitua, mutta pidetään järjestelmä kuitenkin stabiilina. Etuja keksinnön sovellusten avulla saavutetaan mm. monipistekuvantamislaitteilla.
5
Keksintöä ryhdytään seuraavassa tarkastelemaan oheisten kuvioiden mukaisten suori-tusesimerkkien avulla.
Kuvio 1 esittää yhtä keksinnön mukaista kytkentää.
10
Kuvio 2 esittää graafisesti vastuksen 1 jänniteriippuvuutta.
Kuvio 3 esittää toista keksinnön mukaista kytkentää bolometrimatriisin ohjaamiseksi.
15 Kuvio 4 esittää graafisesti bolometrivastuksen lämpötilariippuvuutta.
Kuvio 5 esittää kuvion 3 mukaisen kytkennän ajoituskaaviota.
Kuvio 6 esittää kaavi ollisesti yhtä keksintöön soveltuvaa bolometriä.
• · • · · : 20 * * Jos esimerkiksi kuvion 1 vastukseen 1, jonka lämpötilakerroin on suuri, tuodaan sähköistä • * ♦ * * '··'·*· tehoa, teho muuttaa vastuksen arvoa ja tämä tehoa, jonka vastus ottaa virta-tai jännitelähtees- • Φ · • · *··.* tä. Jos takaisinkytkentä on positiivinen, vastuksen dynaaminen arvo kasvaa. Negatiivinen ta- • · • · · !·· · kaisinkytkentä sen sijaan pienentää vastuksen arvoa.
• » · 25
Jos vastuksen arvo kasvaa lämmityksen tuloksena ja jos virtabiasoimme vastuksen, terminen 1 » • " takaisinkytkentä on positiivinen. Vastaavasti tässä tilanteessa jännitebias aiheuttaa negatiivi- • * *···* sen termisen takaisinkytkennän. Jos vastus pienenee lämpötilan noustessa, tilanne on päin- vastainen. Tässä keksinnössä tuodaan esiin menetelmä, missä synnytämme sekä positiivisen • · * 30 takaisinkytkennän impedanssin kasvattamiseksi että negatiivisen takaisinkytkennän, jotta jär- ·;··· jestelmä olisi stabiili.
···♦·-« * 117876 4
Kuviossa 1 on esitetty elektroniikka, missä bolometri 1 on virtabiasoitu. Virtabiasointi on toteutettu kytkemällä operaatiovahvistin 5 jänniteseuraajaksi yhdistämällä jännitelähde 4 operaatiovahvistimen 5 positiiviseen sisäänmenoon ja takaisinkytkemällä operaatiovahvisti-5 men 5 ulostulo vastuksella 2 operaatiovahvistimen negatiiviseen sisäänmenoon ja samalla mitattavaan vastukseen 1. Jännitelähteen 4 negatiivinen napa on kytketty operaatiovahvistimen 5 positiiviseen sisäänmenoon ja vastaavasti jännitelähteen 4 positiivinen napa maapoten-tiaaliin. Oletamme, että käytämme esim. supratransitioon perustuvaa bolometriä 1, missä bo-lometrivastuksen 1 arvo kasvaa erittäin voimakkaasti lämpötilan noustessa. Kuvion esimer-10 kissä vastuksen 1 yli on asetettu kondensaattori 3, jotta suurilla taajuuksilla bolometri 1 olisi aina jännitebiasoitu. Tällä varmistetaan se, että bolometri on stabiili suurilla taajuuksilla. Erittäin suurilla taajuuksilla terminen takaisinkytkentä ei toimi bolometrin ominaislämmön vuoksi ja järjestelmä on tällä taajuusalueella aina stabiili. Pienillä taajuuksilla operaatiovahvistin näkee vastuksen arvon hyvin suurena, koska operaatiovahvistimen 5 positiiviseen na-15 paan kytketyn jännitelähteen 4 avulla toteutettu positiivinen terminen takaisinkytkentä nostaa vastuksen 1 dynaamista impedanssia. Tämä on edullista, koska tyypillisen vahvistimen 5 optimi-impedanssi vahvistimen 5 kohinalämpötilan kannalta on suuri, yleensä huomattavasti suurempi kuin bolometrin vastusarvo. Vahvistin 5 vahvistaa bolometrin yli olevan jännite-muutoksen ja virtatakaisinkytkentä tehdään siten, että jäijestelmä on kokonaisuudessaan sta- * 111 ϊ 20 biili. Eli positiivinen terminen takaisinkytkentä nostaa vastuksen 1 dynaamista arvoa, mutta
• m S
* vahvistimen 5 kautta tehty takaisinkytkentä takaisinkytkentävastuksen 2 avulla synnyttää « ·1· · sähköisesti negatiivisen takaisinkytkennän ja samalla termisen negatiivisen takaisinkytken- • · '···1 nän. Takaisinkytkentävastuksen arvo on tyypillisesti kilo-ohmien luokkaa. Mikäli operaa- • « « *·· : tiovahvistin 5 on vasteajoiltaan riittävän nopea, ei kondensaattoria 3 välttämättä tarvita. Bo- • · *···1 25 lometrin 1 läpi kulkevat virrat ovat suurusluokaltaan milliampeereja ja jännitebias 4 suuruus luokaltaan millivoltteja.
· • ·· ·1· • » *” Kytkennän mitoitukseen vaikuttavat termiset aikavakiot, jotka ovat tyypillisesti suuruusluo- kaitaan mikrosekunneista millisekunteihin.
• · · • · 30 • M JV f • · » 117876 5
Lopputulemana koko jäijestelmä käyttäytyy aivan samalla tavalla kuin jos olisimme alunperin jännitebiasoineet vastuksen ja synnyttäneet negatiivisen termisen takaisinkytkennän.
Kuvassa 2 on kuvattu virran arvo jännitetoimintapisteen funktiona. Kääntöpisteessä (virta-5 minimissä) vahvistin 5 näkee äärettömän dynaamisen impedanssin, jolloin ainoastaan vahvistimen 5 virtakohina aiheuttaa efektiivisen kohinan kasvun. Kytkentä ei ole edullinen vain siksi, että vahvistimen kohinan vaikutus voidaan minimoida, vaan myös siksi, että bolometrin 1 ja vahvistimen 5 välissä olevan johtimen termisen kohinan vaikutus koko jäijestelmän kohinaan käytännöllisesti nollaantuu.
10
Keksintöä hyödyntävän laitteen toiminnan voi selittää myös seuraavasti: ajatellaan ensin, että vahvistimen 5 anto on vakiojännitteessä. Nyt takaisinkytkentävastuksen 2 kautta bolometri on virtabiasoitu ja käyttäytyy positiivisen takaisinkytkennän tavoin. Tästä seuraa se, että vahvistin 5 näkee bolometrin 1 hyvin suuri-impedanssisena. Vahvistin 5 kuitenkin koijaa anto-15 jännitettään siten, että bolometrin 1 keskimääräinen jännite on sama kuin referenssijännite 4 ja näin koko jäijestelmä on negatiivisesti takaisinkytketty ja koko järjestelmä bolometri 1 mukaan lukien käyttäytyy stabiilisti. Jäijestelmän virta-jännitekäyttäytyminen on kuvattu kuvassa 2. Jos asetamme toimintapisteen hyvin lähelle kuvion 2 minimikohtaa, on bolometrin 1 dynaaminen impedanssi lähes ääretön ja tässä pisteessä etuvahvistimen 5 jännitekohinalla ei
I t I
**· | 20 ole merkitystä kokonaiskohinaan. Tämä tietenkin johtaa siihen, että vahvistin 5 kannattaa va- * Iita siten, että sillä on pieni virtakohina, koska jäijestelmä sallii kohtuullisen suuren jännite- • · · ··1 · kohinan.
• · « • · • 1 • · ··· ·;1,1 Keksinnössä esitettyä menetelmää voidaan käyttää erilaisten bolometrien yhteydessä. Vaati- • « *** 25 muksena on vain se, että lämpötilakerroin on riittävä jotta sähköinen biasointi synnyttää ter- „ misen takaisinkytkennän. Menetelmä on myös hyvin käytännöllinen, koska voimme käyttää i i • «· heikon signaalin vahvistamiseen hyvin edullisia huoneenlämpötilassa toimivia vahvistimia.
• · • · T Koska bolometrin 1 ja vahvistimen 5 välinen vastus voi olla suuri, pystymme monikanavai- * 1 sessa kameratyyppisessä esim. millimetri- tai infrapunavastaanottimessa minimoimaan joh- ··· • · *...1 30 timien kautta tapahtuvan lämpöhukan.
• · · 6 117876
On hyvin tunnettua, että bolometrejä, jotka muuttavat lämpötilan muutoksen vastusarvon muutokseksi, voidaan käyttää millimetri säteilyn ilmaisemiseen. Tällä hetkellä tavoitteena on valmistaa kameroita, jotka koostuvat n x k - antennikytketystä elementistä. Jos jokaisen elementin jälkeen laitetaan vahvistin, tulee järjestelmästä hyvin monimutkainen. Ongelmaa 5 on yritetty ratkaista taajuus- tai aikatason multipleksauksella. Toinen lähestymistapa on käyttää yhtä ilmaisinta tai rivi-ilmaisinta ja mekaanisesti liikuttaa linssejä ja peilejä kuvan muodostamiseksi. Tämä lähestymistapa johtaa hyvin helposti kalliiseen ratkaisuun.
Tämän keksinnön yhdessä sovelluksessa tuodaan esille yksinkertainen menetelmä valmistaa 10 millimetrikamera, jossa luetaan yksi rivi kerrallaan ja sähköisesti vaihdetaan rivi toiseen riviin. Jäqestely johtaa siihen, että tarvitaan ainoastaan k vahvistinta k x n kameran pikseleiden lukemiseen. Luonnollisesti menetelmää voidaan käyttää myös valo- ja röntgenilmaisimissa.
Tässä järjestelyssä on oletettu, että bolometrin vastus muuttuu niin voimakkaasti, että tapahtuu ns. postiivinen tai negatiivinen terminen takaisinkytkentä. Tämä ehto on voimassa aina-15 kin suprajohtavaan transitioon perustuvissa ilmaisimissa.
Kuviossa 3 on esitetty k x n pikselin omaava kamera. Ympyrät kuvaavat bolometrielementtiä ja suorakulmiot 10 niiden välittömään läheisyyteen asetettuja vastuksia tai keloja, jotka nostavat bolometrin lämpötilaa tai synnyttävät magneettikentän. Kuviossa 4 on esitetty tyypilli- I · f ··· j 20 sen supratransitiobolometrin vastuksen riippuvuus lämpötilasta, jos oletamme että mittausvir-• · · · ta on erittäin pieni. Toisin sanoen käyrässä ei ole huomioitu termistä takaisinkytkentää, joka « · « muuttaa voimakkaasti bolometrivastuksen 1 käyttäytymistä. Jos ajatellaan, että vastusele- • · mentin 1 lämpötila on hiukan alle supratransition, vastuselementti 1 on äärettömän hyvin » · 1 *”.1 sähköä johtava ja jännitebiaksessa virta kasvaa periaatteessa äärettömän suureksi. Kuitenkin • · * · *** 25 magneettikentän vuoksi transitio tapahtuu ja teho nostaa elementin lämpötilaa siten, että jär- jestelmä sopivalla jännitebiaksella asettuu transitioalueelle. Jos vastuselementtejä 1 on saijas- • · * ·· sa useita, tilanne on monimutkaisempi. Oletetaan, että yksi elementti on muita lämpimämpi • · * · *t1 tai siihen vaikuttaa ylimääräinen magneettikenttä. Kun jännite asetetaan navoista 20 koko * 1 rivin 30 yli, virta kasvaa kunnes magneettikentän aiheuttama transitio tapahtuu luonnollisesti • · · * · . . '··«, *...· 30 ensimmäisenä kuumimmassa elementissä tai suurimman magneettikentän omaavassa elemen- * *;··: tissä. Kun tämä elementti muuttuu resistiiviseksi, virta vakioituu ja muut elementit jäävät «··1· • · 7 117876 suprajohtaviksi. Eli voimme joko ylimääräisellä magneettikentällä tai lämmityksellä valita vaakarivin 30, jossa olevat bolometrit ajautuvat jännitebiaksen ajamana transitioalueelle. Koska muut elementit jäävät suprajohtaviksi, ne eivät lisää mittaukseen kohinaa. Kuvion 3 kytkennässä voidaan luonnollisesti soveltaa kuvion 1 mukaista positiivisen ja negatiivisen 5 takaisinkytkennän ideaa.
Kuviossa 5 on esitetty jännitebiaksen ja esimerkinomaisesti kahden ensimmäisen pystyrivin 40 ohjaus ajan funktiona. Ensin operaatiovahvistinten 5 ja jännitelähteen 4 muodostamien virtavahvistinten viiralla valitaan pystyrivi 40 joka halutaan aktivoida. Sen jälkeen vaakarivin 10 30 jännitebias kytketään päälle. Heti tämän jälkeen esibiasointi poistetaan ja sen jälkeen pys tyrivin 40 kokonaisvastus luetaan. Jos käytetään lämmitystä magneettikentän sijaan rivin valitsemiseen, mittaustulokseen syntyy pieni virhe, joka syntyy lämmityksen tuomasta tehosta. Tämä teho kuten tätä vastaava virhe on kuitenkin aina sama ja lämpö diffusoituu nopeasti, jos lämmittimen ominaislämpö pidetään riittävän pienenä. Koska bolometrien aikavakio matalis-15 sa lämpötiloissa on hyvin pieni (1 ps - 100 ps) voimme tehdä rivin valinnan hyvin nopeasti. Kameran toistotaajuuden olisi hyvä olla luokkaa 10 Hz - 50 Hz, joten meillä on vaakarivien määrästä riippuen aikaa noin 100 ps - 10 ms yhden rivin mittaamiseen. Eli käytännössä saamme rivin asetteluajan selvästi lyhyemmäksi kuin mittausajan, jolloin voimme käyttää lähes koko ajan mittauksen suorittamiseen. Tämä mahdollistaa sen, että rivin valinta sinällään • · ♦ •••| 20 ei heikennä kameran signaalikohinasuhdetta. Tietysti kuvattu menetelmä on S/N suhteeltaan * * * * heikompi kuin jos lukisimme kaikkia pikseleitä koko ajan.
• « « • 4 · ····., • ·· i * *···' Magneettikentän avulla aikaansaatu rivin valinta on houkuttavin vaihtoehto, koska näin teh- • * • · * ' tynä bolometriä ei tarvitse lämmittää. Jos bolometrielementti on ohut, tarvitaan kuitenkin • · *···* 25 suuri magneettikenttä, jotta rivin valinta olisi yksikäsitteinen. Kuviossa 6 tuodaan esiin myös ratkaisu, jossa antennien 50 välissä oleva bolometrielementti jaetaan kahteen osaan 40 siten, • · ♦ 1 2 että niiden välimatka on n. 50 pm - 300 pm. Kun bolometri on suprajohtavassa tilassa ja jos • · * · *" siihen kohdistetaan magneettikenttä, syntyy bolometrin muodostamaan silmukkaan virta.
♦ · ·
Kun ulkoinen jännite laitetaan päälle, aina virran suunnan mukaan jompikumpi kahdesta bo- 2 30 lometrielementistä 40 ajautuu resistiiviseksi. Kun näin tapahtuu, biasoinnin synnyttämä virta : joutuu kulkemaan pelkästään toisen johtimen kautta ja myös se ajautuu resistiiviseen tilaan.
» · · • · * · • · · 8 117876
Magneettikenttä voidaan saada aikaan asettamalla esim. bolometrin ja antennisubsraatin alapuolelle pieni 1-10 kierrosta omaava mielellään suprajohtavasta materiaalista tehty vir-tasilmukka, joka synnyttää tarvittavan magneettikentän bolometrisilmukkaan. Vaikka bolo-metri koostuu kahdesta osasta, se toimii kuten yksi elementti. Ainoastaan mikroaallon ja lu-5 kuelektroniikan kokema impedanssi on puolet pienempi. Tätä voidaan kuitenkin helposti muuttaa muuttamalla joko bolometrielementin pituutta tai leveyttä.
On huomattava, että myös muita transitiotyyppisiä bolometrejä voidaan hyödyntää tässä keksinnössä.
10
Keksintö soveltuu edullisesti mittaamaan sätelyä, jonka taajuusalue on 10 GHz-10 THz.
• · • · · ‘ • · · **** • j • * • · • · · • * · * · · • · · * · ...
* · 1*1 • · * · * • « · • * · · • · * • · • · * · · • ♦ · • * « ··· • · • ♦ ·* ··· * · • · ··· • * ··· • · · • # · 1 • ♦ • · • · *
Claims (12)
1. Kytkentä transitioreunabolometrejä varten, jotka käsittää 5. transitioreunan alueella toimivaksi sovitetun vastuselementin(l), ja - vastuselementtiin (1) kytketyn vahvistimen (5), tunnettu siitä, että — vahvistimen (5) yhteyteen on sovitettu välineet positiivisen (4, 5) ja negatiivisen (5, 2) takaisinkytkennän toteuttamiseksi vastusmittauksessa,
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että positiivinen takaisinkyt kentä on muodostettu virtabiaksen (4, 5) avulla ja negatiivinen takaisinkytkentä jänniteta-kaisinkytkennän (5, 2) avulla.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että vastuselementin (1) rinnalle on kytketty kondensaattori (3) kytkennän stabiloimiseksi korkeilla taajuuksilla. f ·*· 15
4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että vastusele- • * · * ··*>· menteistä on muodostettu k x n matriisi, ja kukin vastuselementti (1) käsittää välineet (10, j j*· 20) vastuselementin (1) nostamiseksi transitioalueelle riveittäin (30), jolloin kunkin rivin M· * ;***; (30) yksittäinen vastuselementti (1) on nostettavissa transitioalueelle ja näin matriisin k x « 4 * • ;*; n vastuselementit (1) ovat luettavissa minimimäärällä vahvistimia (5). ··· · f · • · • · ·
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että vahvistimia (5) on joko k . tai n kappaletta. *** M
• * « • · • · • 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että bolometri • · *·*·* (40) on jaettu kahteen osaan. • · · · · • 4 ♦
7. Menetelmä transitioreunabolometrejä varten, jossa menetelmässä ··· • · • · ««· 1 1 7876 - käytetään transitioreunan alueella toimivaa vastuselementtiä (1), ja - vastuselementin (1) vastusarvo mitataan siihen kytketyllä vahvistimella (5), tunnettu siitä, että - vahvistimessa (1) toteutetaan vastusmittauksen aikana sekä positiivinen (4, 5) 5 että negatiivinen (5, 2) takaisinkytkentä.
8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että positiivinen takaisinkytkentä muodostetaan viitabiaksen (4, 5) avulla ja negatiivinen takaisinkytkentä jänniteta-kaisinkytkennän (5, 2) avulla.
9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vastuselementin (1) 10 rinnalle kytketään kondensaattori (3) kytkennän stabiloimiseksi korkeilla taajuuksilla.
10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vas-tuselementeistä muodostetaan k x n matriisi, ja kukin vastuselementti (1) käsittää välineet (10, 20) vastuselementin (1) nostamiseksi transitioalueelle riveittäin (30), jolloin kunkin rivin (30) yksittäinen vastuselementti (1) on nostettavissa transitioalueelle ja näin matrii- 15 sin k x n vastuselementit (1) ovat luettavissa minimimäärällä vahvistimia (5). • · • 1
· • · · • · · « ···♦; 11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vahvistimia (5) on joko • j1j k tai n kappaletta. * · · · • · · • · • « «·1 : ,·.
12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että bolometri ··« ! .···. (40) on jaettu kahteen osaan. * · · . /. 20 • « · • · · ··1 • 1 • · ·1·'·· ··· # · « 1 • · · « · · · · * · ··· · 1 • · · · ♦ • e • 1 ♦ ·1 11 1 1 7876
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20050515A FI117876B (fi) | 2005-05-13 | 2005-05-13 | Kytkentä ja menetelmä transitioreunabolometrejä varten |
| PCT/FI2006/000152 WO2006120290A1 (en) | 2005-05-13 | 2006-05-10 | Coupling and method for a transition-edge bolometer |
| US11/920,236 US7675035B2 (en) | 2005-05-13 | 2006-05-10 | Coupling and method for a transition-edge bolometer |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20050515A FI117876B (fi) | 2005-05-13 | 2005-05-13 | Kytkentä ja menetelmä transitioreunabolometrejä varten |
| FI20050515 | 2005-05-13 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20050515A0 FI20050515A0 (fi) | 2005-05-13 |
| FI20050515A FI20050515A (fi) | 2006-11-14 |
| FI117876B true FI117876B (fi) | 2007-03-30 |
Family
ID=34630083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20050515A FI117876B (fi) | 2005-05-13 | 2005-05-13 | Kytkentä ja menetelmä transitioreunabolometrejä varten |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7675035B2 (fi) |
| FI (1) | FI117876B (fi) |
| WO (1) | WO2006120290A1 (fi) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI119158B (fi) | 2007-02-16 | 2008-08-15 | Valtion Teknillinen | Bolometrielementti, bolometrikenno, bolometrikamera ja menetelmä |
| FR2920872B1 (fr) | 2007-09-10 | 2009-11-06 | Centre Nat Rech Scient | Bolometre a asservissement de chaleur. |
| RU2511275C2 (ru) * | 2012-07-16 | 2014-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт физических проблем им. Ф.В. Лукина" | Наноструктурный ик-приемник (болометр) с большой поверхностью поглощения |
| EP3586504A1 (en) | 2017-02-22 | 2020-01-01 | Flir Systems, Inc. | Low cost and high performance bolometer circuitry and methods |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6211519B1 (en) | 1998-09-14 | 2001-04-03 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Transition-edge sensor with enhanced electrothermal feedback for cryogenic particle detection |
| GB2346116A (en) * | 1999-01-30 | 2000-08-02 | John Robert French | Rotary cutter for mine clearance |
| US6455849B1 (en) | 1999-10-05 | 2002-09-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Normal metal boundary conditions for multi-layer TES detectors |
| US6576904B1 (en) * | 1999-11-10 | 2003-06-10 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Transition edge detector technology for high performance IR focal plane arrays |
| US6765207B2 (en) | 2001-05-16 | 2004-07-20 | Oxford Instruments Superconductivity Limited | Method for producing a transition edge sensor |
| FI114658B (fi) * | 2002-06-03 | 2004-11-30 | Metorex Internat Oy | Suprajohtava antennikytketty kuumapistemikrobolometri, menetelmät sellaisen valmistamiseksi ja käyttämiseksi sekä bolometrinen kuvantamisjärjestely |
-
2005
- 2005-05-13 FI FI20050515A patent/FI117876B/fi active IP Right Grant
-
2006
- 2006-05-10 WO PCT/FI2006/000152 patent/WO2006120290A1/en active Application Filing
- 2006-05-10 US US11/920,236 patent/US7675035B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI20050515A (fi) | 2006-11-14 |
| WO2006120290A1 (en) | 2006-11-16 |
| FI20050515A0 (fi) | 2005-05-13 |
| US20090014655A1 (en) | 2009-01-15 |
| US7675035B2 (en) | 2010-03-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI119158B (fi) | Bolometrielementti, bolometrikenno, bolometrikamera ja menetelmä | |
| Schmidt et al. | Nanoscale radio-frequency thermometry | |
| JP4303286B2 (ja) | 超電導量子アンテナ | |
| US4853538A (en) | Radiation detector arrangements and methods | |
| EP2476005B1 (en) | Squid with a coil inductively coupled to the squid via a mutual inductance | |
| JP2001507120A (ja) | 温度センサ及び検出装置 | |
| FI117876B (fi) | Kytkentä ja menetelmä transitioreunabolometrejä varten | |
| Kuzmin et al. | TES Bolometers With High-Frequency Readout Circuit | |
| US3745360A (en) | Radiation circuit radiation detector | |
| US5157352A (en) | Bias current control for operational amplifier current/voltage converters | |
| KR102672186B1 (ko) | 극저온 마이크로파 분석기 | |
| US3727053A (en) | Method and apparatus for detecting radiation by means of the pyromagnetic effect | |
| Goldie et al. | Transition edge sensors for bolometric applications: responsivity and saturation | |
| Sosso et al. | Tests of SNIS Josephson arrays cryocooler operation | |
| EP0982574A1 (en) | Current sensing noise thermometer | |
| US6304229B1 (en) | Electromagnetic wave detecting device incorporating therein a thermocouple | |
| RU2757756C1 (ru) | Сверхпроводящий источник термодинамического шума | |
| Lehtisyrjä | Superconducting kinetic inductance bolometer focal plane array for passive terahertz imaging system | |
| RU2801961C1 (ru) | Активный сверхпроводящий детектор | |
| Woods et al. | Nanokelvin DC and AC Meissner-transition-edge temperature detectors | |
| GB2358932A (en) | SQUID array readout | |
| SU1082102A1 (ru) | Болометрическое устройство | |
| Woods et al. | Demonstration of a Meissner-effect transition edge sensor | |
| Webber et al. | Performance of a cryocooled Nb DC programmable voltage standard at 4 K | |
| Kogut et al. | Ideal integrating bolometer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Ref document number: 117876 Country of ref document: FI |
|
| PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: ASQELLA OY |