RU2189666C1 - Multichannel cooled photodetector unit - Google Patents
Multichannel cooled photodetector unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2189666C1 RU2189666C1 RU2001102981A RU2001102981A RU2189666C1 RU 2189666 C1 RU2189666 C1 RU 2189666C1 RU 2001102981 A RU2001102981 A RU 2001102981A RU 2001102981 A RU2001102981 A RU 2001102981A RU 2189666 C1 RU2189666 C1 RU 2189666C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photodetector
- holder
- photoresistor
- cooler
- cylinder
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к фоточувствительным приборам, предназначенным для обнаружения теплового излучения, в частности к охлаждаемым полупроводниковым фотоприемным устройствам и может быть использовано в тепловизионных системах, устанавливаемых на стационарных или подвижных объектах. The invention relates to photosensitive devices designed to detect thermal radiation, in particular to cooled semiconductor photodetector devices and can be used in thermal imaging systems installed on stationary or moving objects.
Известны конструкции охлаждаемых фотоприемных устройств, предназначенных для использования в тепловизионных системах и включающих в себя герметичный корпус, фоточувствительный элемент (фоторезистор), размещенный внутри герметичного корпуса на торцевой крышке охлаждающей трубы системы охлаждения, токопроводящие дорожки, систему внешних выводов, систему охлаждения, в частности микрокриогенную систему типа Split-Stirling (см. патенты US 4995236 A, February 26, 1991, 250/352 "Cryostatic device for a radiation detector", US 5561296 A, October 1, 1996, 250/352 "Infrared detector having multiple element type infrared sensor and wiring pattern for signal fetching", US 5179283 A, January 12, 1993, 250/352 "Infrared detector focal plane", US 4918308 A, April 17, 1990, 250/352 "Integrated detector dewar cryoengine", US 4719353 A, January 12, 1988, 250/352 "Integrated infrared detector and cryoengine assembly", DE 2247845 C2, 14.04.83, H 01 L 31/02 "Detektor für infrarotstrahlung", RU 2148875 C1, 2000.05.10, H 01 L 31/024 "Приемник ИК излучения", заявках GB 2115602 А, 07.09.83, G 01 J 5/02 "Getters in infrared radiation detectors", DE 4208526 Al, 03.09.98, H 01 L 31/203 "Gege elektromagnetische Impulse geschütztes optisches Detektionssystem", FR 2754637 Al, 17.04.98, H 01 L 23/60 "System de detection optique protege centre les impulsions electromagnetiques" и др.). Known designs of cooled photodetectors intended for use in thermal imaging systems and including a sealed enclosure, a photosensitive element (photoresistor) located inside the sealed enclosure on the end cover of the cooling pipe of the cooling system, conductive tracks, external terminal system, cooling system, in particular microcryogenic Split-Stirling system (see US Pat. Nos. 4,995,236 A, February 26, 1991, 250/352 "Cryostatic device for a radiation detector", US 5561296 A, October 1, 1996, 250/352 "Infrared detector having multiple element type infrared sensor and wiring pattern for signal fetching ", US 5179283 A, January 12, 1993, 250/352" Infrared detector focal plane ", US 4918308 A, April 17, 1990, 250/352" Integrated detector dewar cryoengine ", US 4719353 A, January 12 1988, 250/352 "Integrated infrared detector and cryoengine assembly", DE 2247845 C2, 04/14/83, H 01 L 31/02 "Detektor für infrarotstrahlung", RU 2148875 C1, 2000.05.10, H 01 L 31/024 " IR radiation receiver ", applications GB 2115602 A, 07.09.83, G 01 J 5/02" Getters in infrared radiation detectors ", DE 4208526 Al, 09/03/98, H 01 L 31/203" Gege elektromagnetische Impulse geschütztes optisches Detektionssystem " , FR 2754637 Al, 04/17/98, H 01 L 23/60 "System de detection optique protege center les impulsions electromagnetiques", etc.).
Кроме того, известны аналогичные охлаждаемые фотоприемные устройства, система охлаждения которых основана на использовании эффекта Джоуля-Томпсона, раскрытые, в частности, в патентах US 4974062 A, November 27, 1990, 357/83 "Housing for opto-electronic components", US 4621279 A, November 4, 1986, 257/716 "Non-evacuated, rapidly coolable housing for an opto-electronic semiconductor component" и др. In addition, similar cooled photodetectors are known, the cooling system of which is based on the use of the Joule-Thompson effect, disclosed, in particular, in patents US 4974062 A, November 27, 1990, 357/83 "Housing for opto-electronic components", US 4621279 A, November 4, 1986, 257/716 "Non-evacuated, rapidly coolable housing for an opto-electronic semiconductor component", etc.
Наиболее близким к заявленному изобретению является охлаждаемое фотоприемное устройство, включающее в себя фотоприемник и микрокриогенную систему охлаждения, которая содержит охладитель, выполненный с возможностью стыковки с упомянутым фотоприемником, и газовую криогенную машину. Фотоприемник содержит многоэлементный фоторезистор с фоточувствительными элементами, держатель, включающий в себя трубу для подачи охлаждающей среды к многоэлементному фоторезистору, герметичный газонаполненной баллон с германиевыми окнами, прозрачными для инфракрасного излучения, блок предварительного усиления и блок питания, причем многоэлементный фоторезистор размещен в герметичной полости баллона (см. US 4862002 A, August 29, 1989, 250/352 "Multiple channel readout circuit optimized for a cryogenically operated IR sensor head"). Closest to the claimed invention is a cooled photodetector, including a photodetector and a microcryogenic cooling system, which contains a cooler configured to dock with said photodetector, and a gas cryogenic machine. The photodetector contains a multi-element photoresistor with photosensitive elements, a holder that includes a pipe for supplying a cooling medium to the multi-element photo resistor, a sealed gas-filled cylinder with germanium windows transparent to infrared radiation, a pre-amplification unit and a power supply, the multi-element photoresistor placed in a sealed cavity of the cylinder ( see US 4862002 A, August 29, 1989, 250/352 "Multiple channel readout circuit optimized for a cryogenically operated IR sensor head").
Описанное техническое решение принято за прототип. The technical solution described is taken as a prototype.
Недостатками известных аналогов, в том числе прототипа, является высокий уровень помех, создаваемых микрокриогенной системой, высокий уровень шумов на выходе фотоприемника, также определяемый воздействием микрокриогенной системы, и недостаточная прочность герметичного корпуса, в котором размещается фотодетектор с теплоотводящей трубой, особенно при резких колебаниях температуры окружающей среды, что обусловлено сложными температурными условиями работы герметичного корпуса. The disadvantages of the known analogues, including the prototype, are the high level of interference caused by the microcryogenic system, the high noise level at the output of the photodetector, also determined by the action of the microcryogenic system, and the insufficient strength of the sealed enclosure, which houses the photodetector with a heat sink, especially during sharp fluctuations in temperature environment, due to the difficult temperature conditions of the sealed enclosure.
Таким образом, задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в стабилизации напряжения питания и снижении уровня шумов на выходе фотоприемника, снижении помех от работы микрокриогенной системы, а также исключении температурных напряжений в конструкции фотоприемного устройства. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения состоит в увеличении обнаружительной способности и помехоустойчивости фотоприемного устройства, повышении прочности конструкции в условиях резких колебаний температуры окружающей среды. Thus, the problem to which the present invention is directed is to stabilize the supply voltage and reduce the noise level at the output of the photodetector, reduce interference from the operation of the microcryogenic system, and also eliminate temperature stresses in the design of the photodetector. The technical result achieved by the implementation of the invention consists in increasing the detecting ability and noise immunity of the photodetector, increasing the strength of the structure under conditions of sharp fluctuations in ambient temperature.
Конструкция охлаждаемого фотоприемного устройства, обеспечивающая достижение указанного выше технического результата во всех случаях, на которые распространяется объем испрашиваемый правовой охраны, может быть охарактеризована следующей совокупностью существенных признаков. The design of the cooled photodetector, ensuring the achievement of the above technical result in all cases to which the scope of the requested legal protection applies, can be characterized by the following set of essential features.
Охлаждаемое фотоприемное устройство включает в себя фотоприемник, блок предварительного усиления, блок питания, микрокриогенную систему охлаждения, которая содержит охладитель, выполненный с возможностью размещения в упомянутом фотоприемнике, и газовую криогенную машину. Фотоприемник содержит многоэлементный фоторезистор с фоточувствительными элементами, держатель, выполненный с возможностью охлаждения указанного многоэлементного фоторезистора, баллон с, по меньшей мере, одним окном, прозрачным для инфракрасного излучения. Многоэлементный фоторезистор размещен в герметичной газонаполненной полости фотоприемника. При этом согласно изобретению фотоприемник включает в себя обойму баллона, выполненную из материала с коэффициентом температурного расширения, по меньшей мере, близким коэффициенту температурного расширения материала баллона, и цоколь, которые вместе с упомянутыми держателем и баллоном образуют герметичную газонаполненную полость прибора. Цоколь установлен на фланце держателя и соединен с обоймой баллона с помощью кольца, выполненного из материала с коэффициентом температурного расширения, по меньшей мере, близким коэффициенту температурного расширения материала обоймы баллона. Трубопровод для подачи криоагента от упомянутой газовой криогенной машины к охладителю представляет собой, по меньшей мере, частично металлический трубопровод, причем между газовой криогенной машиной и охладителем в трубопроводе установлена гальваническая развязка для разделения цепей заземления микрокриогенной системы и фотоприемника. Блок предварительного усиления состоит из многоканальных модулей предусилителей, при этом каждому фоточувствительному элементу соответствует, по меньшей мере, один канал блока предварительного усиления. Блок питания, включает в себя источник питания фоторезистора и источник питания блока предварительного усиления, при этом источник питания фоторезистора подключен от источника питания предусилителей. The cooled photodetector includes a photodetector, a pre-amplification unit, a power supply unit, a microcryogenic cooling system, which includes a cooler configured to be placed in said photodetector, and a gas cryogenic machine. The photodetector comprises a multi-element photoresistor with photosensitive elements, a holder configured to cool said multi-element photoresistor, a cylinder with at least one window that is transparent to infrared radiation. A multi-element photoresistor is placed in a sealed gas-filled cavity of the photodetector. Moreover, according to the invention, the photodetector includes a cartridge holder made of a material with a coefficient of thermal expansion of at least close to the coefficient of thermal expansion of the material of the container, and a base, which together with the aforementioned holder and cylinder, form a sealed gas-filled cavity of the device. The base is mounted on the flange of the holder and connected to the cartridge holder using a ring made of material with a coefficient of thermal expansion at least close to the coefficient of thermal expansion of the material of the cartridge holder. The pipeline for supplying the cryoagent from the said gas cryogenic machine to the cooler is at least partially a metal pipe, and a galvanic isolation is established between the gas cryogenic machine and the cooler in the pipeline to separate the ground circuits of the microcryogenic system and the photodetector. The pre-amplification unit consists of multi-channel preamplifier modules, with each photosensitive element corresponding to at least one channel of the pre-amplification unit. The power supply unit includes a power supply of the photoresistor and a power source of the pre-amplification unit, while the power supply of the photoresistor is connected to the power source of the preamplifiers.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения многоэлементный фоторезистор может содержать фоточувствительные элементы, размещенные на двух линейках, которые могут быть расположены на растре. In addition, in the particular case of the invention, the multi-element photoresistor may contain photosensitive elements placed on two lines, which can be located on the raster.
При этом многоэлементный фоторезистор может содержать шестьдесят четыре фоточувствительных элемента, размещенных на линейках, по тридцать два элемента на каждой линейке. In this case, a multi-element photoresistor may contain sixty-four photosensitive elements placed on the rulers, thirty-two elements on each ruler.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения растр с линейками фоточувствительных элементов может быть установлен на охлаждаемой крышке держателя. In addition, in the particular case of the invention, a raster with lines of photosensitive elements can be mounted on a cooled lid of the holder.
При этом крышка держателя может быть снабжена керамической шайбой, на которой преимущественно радиально расположены токопроводящие дорожки для распайки выводов от фоточувствительных элементов и выводов шлейфового кабеля для прохода сигналов от фоточувствительных элементов. In this case, the holder lid can be equipped with a ceramic washer, on which conductive tracks are predominantly radially located for soldering the leads from the photosensitive elements and the leads of the loop cable for the passage of signals from the photosensitive elements.
При этом к керамической шайбе может быть приклеена охлаждаемая диафрагма для обеспечения заданных размеров плоских углов зрения. At the same time, a cooled diaphragm can be glued to the ceramic washer to ensure the given dimensions of flat viewing angles.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения держатель может включать в себя стеклянную трубу, предназначенную для размещения охладителя микрокриогенной системы и охлаждаемую крышку для размещения многоэлементного фоторезистора, а также шлейфовый кабель для прохода сигналов от фоточувствительных элементов. In addition, in the particular case of the invention, the holder may include a glass tube designed to accommodate the cooler of the microcryogenic system and a cooled cover to accommodate the multi-element photoresistor, as well as a loop cable for the passage of signals from photosensitive elements.
При этом шлейфовый кабель снаружи может быть покрыт пленочным проводником, соединенным с наружным контактом фотоприемника. In this case, the loop cable can be coated externally with a film conductor connected to the external contact of the photodetector.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения баллон может иметь цилиндрическую форму наружной поверхности и может быть выполнен стеклянным с двойной стенкой, причем в торцевой части баллона, которая является задней по отношению к направлению распространения распознаваемого инфракрасного излучения, внешняя и внутренняя стенки могут переходить друг в друга, а в противоположной торцевой части баллона могут быть размещены первое и второе германиевые окна, установленные в торцевых отверстиях наружной и внутренней стенок баллона соответственно, а обойма баллона может быть выполнена из ковара. In addition, in the particular case of the invention, the container may have a cylindrical shape of the outer surface and may be made of glass with a double wall, and in the end part of the container, which is back with respect to the direction of propagation of the recognizable infrared radiation, the external and internal walls can pass into each other friend, and in the opposite end part of the cylinder can be placed the first and second germanium windows installed in the end holes of the outer and inner walls of the cylinder with responsibly, and the cartridge holder can be made of kovar.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения цоколь может включать в себя два керамических кольца, при этом на одной из сторон первого керамического кольца цоколя могут быть расположены токопроводящие дорожки для вывода электрических сигналов, передаваемых через кабель держателя на наружные контакты фотоприемника, а второе керамическое кольцо может быть соединено с кольцом, на котором закреплена обойма баллона, причем это кольцо может быть выполнено из ковара. In addition, in the particular case of the invention, the base may include two ceramic rings, while on one side of the first ceramic ring of the base there may be conductive tracks for outputting electrical signals transmitted through the cable of the holder to the external contacts of the photodetector, and the second ceramic ring can be connected to a ring on which the cartridge holder is fixed, and this ring can be made of kovar.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения фотоприемник может включать в себя цилиндрический корпус для защиты стеклянного баллона от механических повреждений, причем цилиндрический корпус может быть снабжен пазами для выхода наружных контактов фотоприемника. In addition, in the particular case of the invention, the photodetector may include a cylindrical body to protect the glass bottle from mechanical damage, and the cylindrical body may be provided with grooves for the external contacts of the photodetector to exit.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения микрокриогенная система охлаждения может включать в себя газовую криогенную машину с компрессором, охладитель с радиатором и электронный блок управления. In addition, in the particular case of the invention, the microcryogenic cooling system may include a gas cryogenic machine with a compressor, a cooler with a radiator and an electronic control unit.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения охладитель может быть выполнен с возможностью установки в полости стеклянной трубы держателя фотоприемника. In addition, in the particular case of the invention, the cooler can be configured to install a photodetector holder in the cavity of the glass tube.
При этом корпус охладителя газовой криогенной машины с радиатором могут быть закреплены на основании фотоприемника с помощью направляющей втулки, а компрессор микрокриогенной системы и электронный блок управления могут быть выполнены с возможностью установки на корпусе сопрягаемого устройства. In this case, the cooler body of the gas cryogenic machine with a radiator can be fixed to the base of the photodetector using a guide sleeve, and the compressor of the microcryogenic system and the electronic control unit can be made with the possibility of installing an interfaced device on the body.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения трубопровод для подачи криоагента от упомянутой газовой криогенной машины к охладителю связывает компрессор газовой криогенной машины с упомянутым охладителем и может быть зафиксирован на основании фотоприемного устройства для защиты от механических перемещений в процессе работы. In addition, in the particular case of the invention, a pipeline for supplying a cryogenic agent from said gas cryogenic machine to a cooler connects the compressor of the gas cryogenic machine with said cooler and can be fixed on the basis of a photodetector for protection against mechanical movements during operation.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения блок предварительного усиления может содержать 8-канальные модули, состоящие из предусилителей, расположенных на печатной плате соответствующего модуля, 8-канальные модули могут быть попарно объединены в 16-канальные модули. In addition, in the particular case of the invention, the pre-amplification unit may contain 8-channel modules, consisting of preamplifiers located on the printed circuit board of the corresponding module, 8-channel modules can be paired into 16-channel modules.
При этом блок предварительного усиления может содержать восемь 8-канальных модулей предусилителей, объединенных в четыре 16-канальных модуля. In this case, the pre-amplification unit may contain eight 8-channel preamplifier modules combined into four 16-channel modules.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения ток смещения на каждый фоточувствительный элемент может поступать от малошумящего источника питания фоторезистора через соответствующее нагрузочное сопротивление. In addition, in the particular case of the invention, the bias current for each photosensitive element can come from a low-noise power source of the photoresistor through the corresponding load resistance.
При этом нагрузочные сопротивления могут быть установлены на печатных платах 16-канальных модулей, по шестнадцать нагрузочных сопротивлений на каждой плате. In this case, load resistances can be installed on printed circuit boards of 16-channel modules, with sixteen load resistances on each board.
Разделение цепей заземления позволяет существенно снизить уровень шумов на выходе фотоприемника и тем самым увеличить его обнаружительную способность. При этом источник питания фоторезистора подключен к источнику питания блока предварительного усиления, что обеспечивает дополнительную стабилизацию напряжения питания фоторезистора, кроме того, единая цепь питания и общего вывода позволяет снизить или даже исключить помехи от работы микрокриогенной системы и тем самым повысить помехоустойчивость всего изделия. Separation of grounding circuits can significantly reduce the noise level at the output of the photodetector and thereby increase its detection ability. In this case, the power supply of the photoresistor is connected to the power source of the pre-amplification unit, which provides additional stabilization of the power supply voltage of the photoresistor, in addition, a single power circuit and a common output can reduce or even eliminate interference from the operation of the microcryogenic system and thereby increase the noise immunity of the entire product.
Обойма баллона и кольцо для установки обоймы на цоколе изготовлены из ковара для того, чтобы при резких изменениях температуры окружающей среды или, например, при сварке германиевых стекол с баллоном не возникало напряжений в материале баллона. Ковар имеет коэффициент температурного расширения такой же, как у стекла, из которого изготовлен баллон, поэтому конструкция стеклянного баллона не подвергается напряжению при изменении температуры и, соответственно, повышается прочность конструкции всего устройства. The holder of the container and the ring for mounting the holder on the base are made of kovar so that during sudden changes in ambient temperature or, for example, when welding germanium glasses with the container, no stresses arise in the material of the container. Kovar has a coefficient of thermal expansion the same as that of the glass of which the cylinder is made, therefore the design of the glass cylinder is not subjected to stress when the temperature changes and, accordingly, the structural strength of the entire device increases.
Возможность осуществления изобретения, охарактеризованного приведенной выше совокупностью признаков, а также возможность реализации назначения изобретения может быть подтверждена описанием конструкции многоканального охлаждаемого фотоприемного устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, сущность которой поясняется графическими материалами, на которых изображено следующее:
Фиг. 1 - общая принципиальная схема многоканального фотоприемного устройства.The possibility of carrying out the invention, characterized by the above set of features, as well as the possibility of realizing the purpose of the invention can be confirmed by the description of the design of a multi-channel cooled photodetector made in accordance with the present invention, the essence of which is illustrated by graphic materials that depict the following:
FIG. 1 is a general schematic diagram of a multi-channel photodetector.
Фиг.2 - принципиальная схема фотоприемника. Figure 2 - schematic diagram of a photodetector.
Фиг.3 - электрическая схема одного из каналов фотоприемного устройства. Figure 3 - electrical diagram of one of the channels of the photodetector.
Многоканальное охлаждаемое фотоприемное устройство 1 предназначено для преобразования инфракрасного излучения длиной волны от 8 до 14 мкм (максимум спектральной чувствительности соответствует длине волны 10,5 + 0,5 мкм) в электрические сигналы с последующим их усилением по всем каналам. В состав устройства входят фотоприемник (ФП) 2 с многоэлементным фоторезистором (ФР) 4, блок питания ФП, блок предварительного усиления (БПУ) 5, который состоит из четырех 16-канальных модулей предусилителей 23 и токозадающих нагрузочных сопротивлений Rh, а также микрокриогенная система (МКС) 3 типа Split-Stirling, однако описанная ниже конструкция ФП позволяет также использовать охладители типа Joule-Thomson дроссельного типа. A multi-channel cooled photodetector 1 is designed to convert infrared radiation with a wavelength of 8 to 14 μm (the maximum spectral sensitivity corresponds to a wavelength of 10.5 + 0.5 μm) into electrical signals with their subsequent amplification through all channels. The device includes a photodetector (FP) 2 with a multi-element photoresistor (FR) 4, an FP power supply unit, a pre-amplification unit (BPU) 5, which consists of four 16-channel preamplifier modules 23 and current-carrying load resistances Rh, as well as a microcryogenic system ( ISS) 3 of the Split-Stirling type, however, the FP design described below also allows the use of Joule-Thomson chokes of the throttle type.
МКС 3 состоит из охладителя 6, выполненного с возможностью стыковки с ФП 2, компрессора и электронного блока управления. Криоагент от компрессора по трубопроводу 7, представляющему собой металлическую трубку диаметром 3 мм, поступает к охладителю. В конструкцию трубопровода введена гальваническая развязка 8, обеспечивающая разделение цепей заземления МКС 3 и ФП 2. Трубопровод 7 зафиксирован на основании ФП с целью защиты от механических перемещений в процессе работы. Корпус охладителя 6 с радиатором, обеспечивающим теплоотвод, закреплен на основании ФП 2. Точность стыковки корпуса охладителя с ФП обеспечивается промежуточной направляющей втулкой. Собственно охладитель 6 входит во внутреннюю полость держателя 9 ФР и размещен в стеклянной трубе 10 держателя. Компрессор МКС и электронный блок управления МКС устанавливаются на корпус сопрягаемого устройства. Температура криостатирования составляет около 80 К. ISS 3 consists of a
ФР 4 представляет собой газонаполненный прибор и содержит шестьдесят четыре фоточувствительных элемента, расположенных на двух линейках, по тридцать два на каждой линейке, которые расположены на специальном растре 11. Концентрично расположенные и герметично соединенные между собой держатель 9, теплоизолирующий вакуумный баллон 12 и цоколь 13 образуют внутреннюю газонаполненную полость прибора, в которую помещен растр 11 с линейками фоточувствительных элементов. Растр с линейками элементов крепится на охлаждаемую крышку 14 держателя. Держатель состоит из упомянутой крышки 14, керамической шайбы 15, упомянутой стеклянной трубы 10 и фланца 16. На керамической шайбе 15 радиально расположены токопроводящие дорожки для распайки выводов от растра 11 с линейками элементов и выводов шлейфового кабеля 17, предназначенного для прохода сигналов от ФР 4. К керамической шайбе 15 приклеена охлаждаемая диафрагма 18, обеспечивающая заданные размеры плоских углов зрения. Длина трубы 10 держателя обеспечивает допустимые значения теплопритоков в охлаждаемую зону растра 11. На фланце 16 держателя установлен цоколь 19, состоящий из двух керамических колец 19а и 19b. На одной стороне керамического кольца 19b имеются токопроводящие дорожки, обеспечивающие выход электрического сигнала от элементов растра через шлейфовый кабель 17 на наружные контакты 24 фотоприемника, сигнал с которых поступает на блок предварительного усиления. Шлейфовый кабель снаружи покрыт пленочным проводником, соединенным с общим выводом ФП, что обеспечивает повышенную помехозащищенность ФП от электромагнитных наводок в процессе работы на объекте. Кольцо 19а соединено с коваровым кольцом 13, на котором закреплена обойма 20 баллона.
Теплоизолирующий вакуумный баллон 12 выполнен из стекла и предназначен для уменьшения притока тепла в охлаждаемую газонаполненную полость ФП с размещенным в ней растром 11 и устранения запотевания германиевых окон 21а и 21b. Баллон снабжен обоймой 20, расположенной в задней части баллона концентрично ему и соединенной с цоколем посредством упомянутого коварового кольца 13. В баллоне 12 установлены два германиевых окна 21а и 21b, которые обеспечивают пропускание излучения заданного диапазона длин волн. The heat-insulating
ФП 2 снабжен цилиндрическим корпусом 22, который служит для защиты баллона 12 от механических повреждений и имеет пазы для выхода наружных контактов держателя. FP 2 is equipped with a
БПУ 5 выполнен на базе 8-канальных модулей предусилителей (МПУ-8к), конструктивно расположенных в стандартных 29-выводных корпусах 157.29-2 типа "Тандем". Результирующий коэффициент усиления каждого из каналов БПУ составляет 500±10%. МПУ-8к располагаются на печатной плате, которые попарно объединены металлическим кронштейном и образуют 16-канальные модули (МПУ-16к) 23. Выходы усилителей МПУ-16к с помощью электромонтажных жгутов выведены на соответствующие внешние разъемы устройства (на фиг.1 не показаны). БПУ состоит из четырех МПУ-16к. Питание усилителей осуществляется от блока питания, расположенного в непосредственной близости от предусилителей и токозадающих нагрузочных сопротивлений Rh. Ток смещения на фоторезистор поступает от малошумящего источника питания фоторезистора, который входит в состав блока питания. BPU 5 is based on 8-channel preamplifier modules (MPU-8k), structurally located in standard 29-pin Tandem type 157.29-2 cases. The resulting gain of each of the BPU channels is 500 ± 10%. MPU-8k are located on a printed circuit board, which are pairwise combined with a metal bracket and form 16-channel modules (MPU-16k) 23. The outputs of the amplifiers MPU-16k with the help of wiring harnesses are output to the corresponding external connectors of the device (not shown in Fig. 1). BPU consists of four MPU-16k. The amplifiers are powered by a power supply unit located in the immediate vicinity of the preamplifiers and current-carrying load resistances Rh. The bias current to the photoresistor comes from a low-noise power source of the photoresistor, which is part of the power supply.
Блок питания состоит из источника питания (платы стабилизатора напряжения) предусилителей (ИП) и источника питания (платы стабилизатора напряжения) фоторезистора (ИФ). ИП обеспечивает требуемый режим работы усилителя каждого канала. При этом ИФ подключен от источника питания ИП, обеспечивая тем самым дополнительную стабилизацию напряжения питания фоторезистора (уровень сигнала на фоторезисторе составляет несколько нановольт). The power supply unit consists of a power source (voltage stabilizer board) preamplifiers (IP) and a power source (voltage stabilizer board) photoresistor (IF). IP provides the required mode of operation of the amplifier of each channel. In this case, the IF is connected from the IP power supply, thereby providing additional stabilization of the supply voltage of the photoresistor (the signal level on the photoresistor is several nanovolts).
Нагрузочные сопротивления Rh установлены на печатных платах (по 16 на каждой плате) в модуле МПУ-16к. С помощью подбора резисторов Rh осуществляется регулировка рабочего тока через каждый фоточувствительный элемент и тем самым обеспечивается возможность оптимальной регулировки обнаружительной способности и вольтовой чувствительности каждого канала ФП. The load resistances Rh are installed on the printed circuit boards (16 on each circuit board) in the MPU-16k module. Using the selection of resistors Rh, the operating current is adjusted through each photosensitive element and thereby provides the opportunity for optimal adjustment of the detection ability and volt sensitivity of each FP channel.
На фиг.3 использованы следующие обозначения:
ИФ - источник питания фоторезистора;
ИП - источник питания блока предварительных усилителей;
УПi - усилитель предварительный (i-го канала);
Rhi - сопротивление нагрузки i-го канала;
Rti - темновое сопротивление i-гo фоточувствительного элемента фоторезистора;
Uиф - выходное напряжение ИФ;
Uвxi - входное напряжение i-гo канала;
Uвыxi - выходное напряжение i-го канала ФПУ;
Iсмi - ток смещения i-гo фоточувствительного элемента.In figure 3, the following notation is used:
IF - photoresistor power source;
IP - power supply unit pre-amplifiers;
UPi - preliminary amplifier (i-th channel);
Rhi - load resistance of the i-th channel;
Rti is the dark resistance of the ith photosensitive element of the photoresistor;
Uif - output voltage IF;
Uвxi - input voltage of the i-th channel;
Uvyxi - output voltage of the i-th channel of the FPU;
Ismi is the bias current of the i-th photosensitive element.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Поток инфракрасного излучения падает на i-й фоточувствительный элемент фоторезистора, имеющий темновое сопротивление Rti. Через каждый фоточувствительный элемент задается ток смещения, определяющий его рабочую точку на выходной характеристике Di=f(Icмi) и Sui=f(Iсмi). Величина тока смещения определяется выходным напряжением Uиф малошумящего источника питания фоторезистора ИФ и величиной i-го нагрузочного сопротивления, при этом выполняется условие Rhi>Rti. Изменение потока инфракрасного излучения, падающего на фоточувствительный элемент, приводит к изменению величины Rti и, следовательно, к изменению входного напряжения Uвxi на входе УПi. Переменная составляющая напряжения Uвxi, пропорциональная изменению потока инфракрасного излучения, усиливается усилителем переменного напряжения УПi и подается на соответствующий внешний разъем устройства. The flow of infrared radiation falls on the i-th photosensitive element of the photoresistor having a dark resistance Rti. Through each photosensitive element, a bias current is defined that determines its operating point on the output characteristic Di = f (Icmi) and Sui = f (Icmi). The bias current value is determined by the output voltage Uif of the low-noise power source of the photoresistor IF and the value of the i-th load resistance, while the condition Rhi> Rti is fulfilled. A change in the flux of infrared radiation incident on the photosensitive element leads to a change in the value of Rti and, consequently, to a change in the input voltage Uvxi at the input UPi. The variable voltage component Uvxi, proportional to the change in the infrared radiation flux, is amplified by the AC voltage amplifier UPi and fed to the corresponding external connector of the device.
Описанный пример реализации многоканального охлаждаемого фотоприемного устройства, выполненного в соответствии с заявленным изобретением, доказывает возможность реализации назначения изобретения и достижения указанного выше технического результата, но при этом не исчерпывает всех возможностей осуществления изобретения, охарактеризованного совокупностью признаков, приведенной в формуле изобретения. The described example of the implementation of a multi-channel cooled photodetector made in accordance with the claimed invention proves the possibility of realizing the purpose of the invention and achieving the above technical result, but it does not exhaust all the possibilities of carrying out the invention, characterized by the combination of features given in the claims.
Claims (19)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001102981A RU2189666C1 (en) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | Multichannel cooled photodetector unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001102981A RU2189666C1 (en) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | Multichannel cooled photodetector unit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2189666C1 true RU2189666C1 (en) | 2002-09-20 |
Family
ID=20245504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001102981A RU2189666C1 (en) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | Multichannel cooled photodetector unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2189666C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2539791C1 (en) * | 2013-11-06 | 2015-01-27 | Открытое акционерное общество "НПО "Орион" | Cooled photodetector base |
-
2001
- 2001-02-02 RU RU2001102981A patent/RU2189666C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2539791C1 (en) * | 2013-11-06 | 2015-01-27 | Открытое акционерное общество "НПО "Орион" | Cooled photodetector base |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1307942C (en) | Optical radiation sensor apparatus | |
| KR950002498B1 (en) | Smoke detecting apparatus | |
| US5763885A (en) | Method and apparatus for thermal gradient stabilization of microbolometer focal plane arrays | |
| US6144031A (en) | Infrared video camera system with uncooled focal plane array and radiation shield | |
| US5382797A (en) | Fast cooldown cryostat for large infrared focal plane arrays | |
| Runyan et al. | Design and performance of the SPIDER instrument | |
| AU636812B2 (en) | Rapid cooldown dewar | |
| US8753008B2 (en) | Protective enclosure for a thermal imaging device of an industrial monitoring system | |
| US20050224715A1 (en) | Infrared apparatus | |
| RU2189666C1 (en) | Multichannel cooled photodetector unit | |
| EP0115698A1 (en) | Cold radiation detector assembly | |
| US4555626A (en) | Radiation shield in light detector and/or assembly | |
| US5235184A (en) | Highly stable low noise CCD spectrograph | |
| JP2005214792A (en) | Superconductive x-ray detection device and superconductive x-ray analyzer using it | |
| US4851684A (en) | Modular photon detector cryostat assembly and system | |
| US7319227B2 (en) | Cryogenic detector device | |
| Kreysa et al. | LABOCA: a first-generation bolometer camera for APEX | |
| US7069768B2 (en) | Method and apparatus for eliminating and compensating thermal transients in gas analyzer | |
| US4719353A (en) | Integrated infrared detector and cryoengine assembly | |
| US20220321806A1 (en) | Explosively welded cooled infrared camera | |
| Naylor et al. | Design and performance of a dual polarizing detector system for broadband astronomical spectroscopy at submillimeter wavelengths | |
| US10794765B2 (en) | Device for securing an infrared radiation detector from unwanted infrared radiation and heat | |
| US9010131B2 (en) | Methods and apparatus for Dewar and cold shield assemblies | |
| WO2002079739A9 (en) | Concentration detection system | |
| EP0265486B1 (en) | Modular photon detector cryostat assembly and system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110203 |