RU2031425C1

RU2031425C1 - Method of stabilizing temperature of cholesteric liquid crystals

Info

Publication number: RU2031425C1
Application number: RU92001560A
Authority: RU
Inventors: М.А. Вахитов; Д.Г. Холопов
Original assignee: Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики"
Priority date: 1992-10-20
Filing date: 1992-10-20
Publication date: 1995-03-20

Abstract

FIELD: temperature stabilization. SUBSTANCE: cholesteric liquid crystal layer is illuminated by light source with preset wavelength and reflected radiation is measured simultaneously at two angles. Power of heater is adjusted till achieving equality of measured values of reflected radiation signals. EFFECT: improved precision of measurement. 2 dwg

Description

Изобретение может быть использовано при создании радиометров, тепловизоров и других устройств регистрации ИК-излучения. The invention can be used to create radiometers, thermal imagers and other devices for recording infrared radiation.

Наиболее близким к изобретению можно считать устройство температурной компенсации в жидкокристаллическом цветном индикаторе изображения, в котором измеряется емкость холестерических жидких кристаллов (ХЖК), регулируется напряжение. The closest to the invention can be considered a temperature compensation device in a liquid crystal color image indicator, in which the capacitance of cholesteric liquid crystals (CLC) is measured, the voltage is regulated.

Недостатками этого устройства являются сложность конструкции, обусловленная наличием электродов-датчиков, которые ухудшают температурную чувствительность индикатора из-за увеличения теплоемкости и теплопроводности, низкая точность поддержания температуры. The disadvantages of this device are the design complexity due to the presence of electrodes sensors that degrade the temperature sensitivity of the indicator due to an increase in heat capacity and thermal conductivity, low accuracy of temperature maintenance.

По предлагаемому способу стабилизации температуры ХЖК включающему регулировку мощности нагревателя, освещают ХЖК-слой источником монохроматического излучения, измеряют отраженное излучение одновременно под двумя углами, а регулировку мощности нагревателя осуществляют до получения равенства измеренных значений сигналов отраженного излучения. According to the proposed method for stabilizing the temperature of the CLC, including adjusting the power of the heater, illuminate the CLC layer with a monochromatic radiation source, measure the reflected radiation at two angles simultaneously, and adjust the power of the heater until the measured values of the reflected radiation signals are equal.

На фиг. 1 представлена схема устройства, с помощью которого можно осуществить предложенный способ; на фиг. 2 - зависимость интенсивности селективно отраженного света от угла наблюдения в ХЖК, где температура Т₁ соответствует максимуму селективного отражения для угла наблюдения α₁, температура Т₂ - для угла наблюдения α₂ .In FIG. 1 shows a diagram of a device with which you can implement the proposed method; in FIG. 2 - dependence of the intensity of selectively reflected light on the viewing angle in CLC, where the temperature T ₁ corresponds to the maximum of selective reflection for the viewing angle α ₁ , temperature T ₂ - for the viewing angle α ₂ .

Устройство (фиг. 1) содержит источник 1 монохроматического света, оптическую систему 2 осветителя, окно 3, ХЖК-пленку 4, оптические системы 5 и 5' фотоприемников 6 и 6', корпус термостата 7, лучистый нагреватель 8. The device (Fig. 1) contains a monochromatic light source 1, an illuminator optical system 2, a window 3, a CLC film 4, optical systems 5 and 5 'of photodetectors 6 and 6', a thermostat housing 7, and a radiant heater 8.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

ХЖК-пленку 4, помещенную в термостат 7, обеспечивающий грубую стабилизацию температуры, освещают коллимированным пучком монохроматического света с помощью осветителя 1. Отраженное излучение измеряют с помощью фотоприемников (фотодиодов) 6 и 6', расположенных под разными углами к плоскости пленки 4. Они могут быть, в частности, размещены в фокусах оптических систем 5 и 5', оси которых имеют разный наклон к плоскости ХЖК-пленки. CLC film 4, placed in thermostat 7, providing coarse temperature stabilization, is illuminated with a collimated beam of monochromatic light using illuminator 1. Reflected radiation is measured using photodetectors (photodiodes) 6 and 6 'located at different angles to the plane of the film 4. They can in particular, they are located at the foci of the optical systems 5 and 5 ', the axes of which have a different inclination to the plane of the CLC film.

Выходные сигналы фотоприемников пропорциональны соответственно кривым α₁ и α₂ (фиг.2). Точка Тк соответствует температуре стабилизации рабочей области чувствительного элемента. Регулировку мощности нагревателя осуществляют до получения равенства сигналов с фотоприемников.The output signals of the photodetectors are proportional to the curves α ₁ and α _2, respectively (figure 2). The point Tk corresponds to the stabilization temperature of the working area of the sensitive element. The heater power is adjusted until the signals from the photodetectors are equal.

Если термостат 7 и лучистый нагреватель 8 совместно обеспечивают среднюю температуру стабилизируемой области, равную Тк, то выходные сигналы фотодиодов равны и мощность нагревателя 8 поддерживается на среднем уровне. При малейшем нагревании (или охлаждении) ХЖК-пленки равенство сигналов фотодиодов нарушается, мощность излучения нагревателя уменьшается (увеличивается) и температура ХЖК возвращается к значению Тк. If the thermostat 7 and the radiant heater 8 together provide an average temperature of the stabilized region equal to Tk, then the output signals of the photodiodes are equal and the power of the heater 8 is maintained at an average level. Upon the slightest heating (or cooling) of the CLC film, the equality of the photodiode signals is violated, the radiation power of the heater decreases (increases), and the CLC temperature returns to the value of Tc.

Таким образом, измерение температуры ХЖК производится непосредственно во время работы устройства, что снижает погрешность термостабилизации. Кроме того, физические процессы, обуславливающие температурно-угловую зависимость коэффициента отражения, локализованы в самом чувствительном элементе, поэтому имеет место абсолютно полное совпадение стабилизируемого объекта с датчиком температуры, т.е. разность температур датчика и объекта всегда равны нулю. При симметричности кривых α₁ и α₂ вблизи точки Т_к нестабильность и шумы осветителя не влияют на погрешность стабилизации.Thus, the measurement of CLC temperature is carried out directly during operation of the device, which reduces the error of thermal stabilization. In addition, the physical processes that determine the temperature-angle dependence of the reflection coefficient are localized in the most sensitive element, therefore, there is absolutely complete coincidence of the stabilized object with the temperature sensor, i.e. the temperature difference between the sensor and the object is always zero. With the symmetry of the curves α ₁ and α ₂ near the point T _to instability and noise of the illuminator does not affect the error of stabilization.

П р и м е р. Для ХЖК с экстремально узким температурным диапазоном селективного отражения крутизна кривых α₁ , α₂ (отношение приращений коэффициента отражения и температуры) может достигать 10000...50000% на градус Цельсия. Если амплитудное разрешение фотодиодов равно 0,01%, то погрешность стабилизации температуры равна 0,00005...0,00001 градуса. Это может быть достигнуто, например, при пороговой чувствительности фотодиода 10е - 12 Вт (она может быть и 10е - 16 Вт) и падающем на фотодиод потоке от осветителя 10е - 8 Вт. Следовательно, минимально возможная погрешность температуры ограничивается не предлагаемым способом, а температурными шумами жидкого кристалла или шумами нагревателя.PRI me R. For CLC with an extremely narrow temperature range of selective reflection, the slope of the curves α ₁ , α ₂ (the ratio of the increments of the reflection coefficient and temperature) can reach 10,000 ... 50,000% per degree Celsius. If the amplitude resolution of the photodiodes is 0.01%, then the error in temperature stabilization is 0.00005 ... 0.00001 degrees. This can be achieved, for example, with a threshold sensitivity of the photodiode 10e - 12W (it can be 10e - 16W) and the flux incident on the photodiode from the illuminator 10e - 8W. Therefore, the minimum possible temperature error is not limited by the proposed method, but by the temperature noise of the liquid crystal or the noise of the heater.

Claims

METHOD FOR STABILIZING THE TEMPERATURE OF CHOLESTERIC LIQUID CRYSTALS, which includes adjusting the power of the heater, characterized in that the layer of the cholesteric liquid crystal is illuminated with monochromatic radiation, the reflected radiation is measured simultaneously at two angles, and the power of the heater is adjusted until the radiation of the measured signal values is equal.