Научный журнал
Международный журнал экспериментального образования

ISSN 2618–7159
ИФ РИНЦ = 0,757

КРИТЕРИЙ КАЧЕСТВА ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Иванов В.И. 1 Карпец Ю.М. 1
1 Дальневосточный государственный университет путей сообщения
1. Косоротов В.Ф., Кременчугский Л.С., Самойлов  В.Б., Щедрина Л.В. Пироэлектрический эффект и его применения // под ред. Кременчугского Л.С. АН УССР. Ин-т физики. – Киев: Наукова думка, 1989. – 224 с.
2. Иванов В.И., Карпец Ю.М., Климентьев С.В. Тепловые приемники излучения на основе тонкослойных структур металл – сегнетоэлектрик – металл: монография – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2008. – 80 с.
3. Здоровцев Г.Г., Иванов В.И., Карпец Ю.М., Климентьев С.В. Термоэлектрические свойства несимметричной сэндвичной структуры металл-ниобат лития-металл // Известия Томского политехнического университета. – 2007. – Т. 311. – № 2. – С. 102-105.
4. Здоровцев Г.Г., Иванов В.И., Марченков Н.В. Термостимулированная ЭДС в сэндвичной структуре металл–ниобат лития-металл // Информатика и системы управления. – 2005. – № 1 (09). – С. 55-60.
5. Иванов В.И., Карпец Ю.М., Климентьев С.В. Термоэдс в легированных кристаллах ниобата лития с электродами из различных металлов // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2001. – № 1. – С. 96-97.
6. Ivanov V.I., Karpets Yu. M., Kliment’ev S.V. Thermo-EMF in doped lithium niobate crystals with electrodes made of different metals // Russian Physics Journal. 2001. – V. 44. – № 1. – pp. 119-121.
7. Иванов В.И., Климентьев С.В., Корчевский В.В. Использование динамического пироэффекта в термовольтаическом приемнике излучения // Вестник Тихоокеанского государственного университета. – 2010. – № 2. – С. 013-018.
8. Здоровцев Г.Г., Иванов В.И., Климентьев С.В., Криштоп В.В. Характеристики приемника излучения на основе структуры металл – сегнетоэлектрик – металл // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. – 2006. – Т. 49. – № 8. – С. 45-46.

Пироэлектрические кристаллы широко используются в качестве чувствительных элементов тепловых приемников излучения (ПИ) [1]. Традиционно для выбора того или иного пироэлектрического материала используется критерий качества iv01.wmf [2], где γ – пироэлектрический коэффициент, c – теплоемкость, ε – диэлектрическая проницаемость, ρ – плотность кристалла. Для оценки характеристик пироэлектрических материалов в [3] предложен новый критерий качества, который, по нашему мнению, более полно отражает свойства того или иного пироматериала. Новый критерий качества включает в себя как чувствительность так и динамический диапазон (D) и выражается как: iv02.wmf, где iv03.wmf – модуль передаточной функции, соответствующий вольт-ваттной чувствительности детектора.

Модуль передаточной функции определяется из выражения [1]:

iv04.wmf (1)

где ελ – монохроматический коэффициент поглощения черни; ε – диэлектрическая проницаемость кристалла; S – площадь принимающей площадки; CЭ – электрическая емкость кристалла, входных цепей и первого каскада усилителя; RΣ – эквивалентное сопротивление ПИ и нагрузочного сопротивления; ω – частота модуляции падающего излучения.

Динамический диапазон определяется из выражения iv05.wmf где Fmax – максимально допустимая мощность излучения, падающего на поверхность кристалла; Fmin – пороговая чувствительность ППИ, ограниченная шумами в кристалле [3].

Из зависимости температуры кристалла от уровня падающего на него излучения определяем максимально допустимую мощность излучения [3]:

iv06.wmf (2)

где TK – температура Кюри для данного пироматериала (TK/2 – рабочая точка кристалла по температуре); d – толщина кристалла; A(ρ) – оператор Лапласа при гармоническом воздействии или тепловой коэффициент, учитывающий распределение тепла в кристалле [1].

Из условия iv07.wmf [1] выражаем пороговую чувствительность ППИ:

iv08.wmf (3)

где Uш – напряжение шума пиродетектора, Δf – полоса измеряемых частот.

Напряжение шума [1,3] выражается через напряжение спектральной плотности шума как:

iv10.wmf (4)

где Рmш – плотность мощности теплового шума обусловленного тепловыми потерями iv11.wmf (kб – постоянная Больцмана, T0 – температура окружающей среды, GΣ – общая тепловая проводимость (теплопотери). Отсюда:

iv12.wmf (5)

Определяем динамический диапазон ППИ как:

iv13.wmf (6)

В полном виде критерий W1 принимает вид:

iv14.wmf (7)

Поскольку А(r) характеризует параметры материалов чернения и не определяет свойства пироэлектрического материала, то в грубом приближении можно приравнять его к единице.

Предложенный критерий качества пироэлектрического материала существенно повышает информативность при анализе качества материалов при выборе материала для приемников излучения [4-6]. Полученные результаты представляют интерес для разработки тепловых пироприемников излучения с различной геометрией [7-8].


Библиографическая ссылка

Иванов В.И., Карпец Ю.М. КРИТЕРИЙ КАЧЕСТВА ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ // Международный журнал экспериментального образования. – 2016. – № 8. – С. 100-101;
URL: http://www.expeducation.ru/ru/article/view?id=10379 (дата обращения: 16.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074