Пироэлетрический приемник излучения, Пожалуйста, помогите!! Опции

[Виль]

Здравствуйте, уважаемые! Существует задача: построить пироэлектрический измеритель мощности лазерного излучения, который должен работать с постоянным (во времени) и имульсно-модулированным излучением. Как известно пироэлектрический приемник в общем подключается по обычной схеме через ОУ с глубокой обратной связью (рисунок)

И вопрос мой заключается в следующем, какое можно применить схемотехническое решение, чтобы сделать этот измеритель универсальным - для работы и с тем и с другим излучением, разумеется это должно быть реализовано через микроконтроллер, но все равно к нему должна быть в этом случае какая-то обвязка. Очень буду рад вашим ответам

Сообщение отредактировал Виль - Nov 15 2009, 19:20

[НЕХ]

Этот приёмник принципиально не может работать без модуляции.

А вот мой вопрос - деградируют (деполяризуются) ли эти приёмники ?
МГ30 1990 годов сильно испортился со временем ?

[Виль]

Этот приёмник принципиально не может работать без модуляции.

А вот мой вопрос - деградируют (деполяризуются) ли эти приёмники ?
МГ30 1990 годов сильно испортился со временем ?

Не сочтите за глупость, но мне непонятно, зачем нужен модулятор в приемнике, если он, предположим, работает с потоянным излучением, может быть, я не разобрался...Можете объяснить доступно зачем нужен модулятор, т.к. в литературных источниках, которыми я пользовался ничего про модулятор и его использование не рассказывалось...И если не затруднит, дайте какую-нибудь схему.

Подобная деградация характерна для отдельных категорий пироактивных материалов, я точно не знаю каких, но есть приемники, в которых это свойство не наблюдается. Насчет приемника МГ30: он не устарел, просто спектральный диапазон этого приемника в моем случае не подходит, приходится использовать зарубежные аналоги.

Сообщение отредактировал Виль - Nov 16 2009, 15:27

[Tanya]

Не сочтите за глупость, но мне непонятно, зачем нужен модулятор в приемнике, если он, предположим, работает с потоянным излучением, может быть я до сих пор не разобрался...Можете объяснить доступно зачем нужен модулятор, т.к. в литературных источниках, которыми я пользовался ничего про модулятор и его использование не рассказывалось...

Это вроде пьезоэлектрика, только на тепло. Поэтому и название соответствующее.
Массово применяется в детекторах движения (охранные системы) - срабатывает при изменении излучения от человека при его движении. Высокоомный.
Для лазеров обычно используются калориметрические. Бывают и импульсные. Можно купить.

[Виль]

Это вроде пьезоэлектрика, только на тепло. Поэтому и название соответствующее.
Массово применяется в детекторах движения (охранные системы) - срабатывает при изменении излучения от человека при его движении. Высокоомный.
Для лазеров обычно используются калориметрические. Бывают и импульсные. Можно купить.

Какими они бывают и где купить я знаю, у меня другая задача - сделать универсальный приемник......и выяснить, зачем нужен модулятор, как им пользоваться и что это вообще такое)..Точнее, как он может быть применим в данной задаче....

Сообщение отредактировал Виль - Nov 16 2009, 15:43

[Tanya]

Какими они бывают и где купить я знаю, у меня другая задача - сделать универсальный приемник......и выяснить, зачем нужен модулятор, как им пользоваться и что это вообще такое)..Точнее, как он может быть применим в данной задаче....

Модулятор - диск с прорезями или зеркало. Вращающиеся. Колеблющиеся.
Для таких приемников нужна довольно низкая частота. Десятки герц.

[Виль]

Модулятор - диск с прорезями или зеркало. Вращающиеся. Колеблющиеся.
Для таких приемников нужна довольно низкая частота. Десятки герц.

Значит вне зависимости от амплитуды на приемник будет влиять только частота потока...модуляция только частотноая???

Сообщение отредактировал Виль - Nov 16 2009, 16:43

[Tanya]

Значит вне зависимости от амплитуды на приемник будет влиять только частота потока...модуляция только частотноая???

Нет. Будет сигнал с амплитудой пропорциональной свету и с частотой модуляции. Если частоту увеличить, амплитуда будет падать. Приемник инерционный.

[Виль]

Нет. Будет сигнал с амплитудой пропорциональной свету и с частотой модуляции. Если частоту увеличить, амплитуда будет падать. Приемник инерционный.

Понял: значит можно использовать амплитудной модуляции в простейшем варианте....А что насчет универсального приемника??

[Tanya]

А что насчет универсального приемника??

Вам виднее, что такое универсальность. Полной УНИВЕРСАЛЬНОСТИ не бывает.

[Виль]

Вам виднее, что такое универсальность. Полной УНИВЕРСАЛЬНОСТИ не бывает.

Ну, есть же, скажем, специализированные приборы, работающие как с импульсным, так и с постоянным лазерным излучением, мне нужно только узнать как это достигается, так как на сайтах разработчиков подобной техники ни схем, ни решений не представлено...причем нужно измерять конкретно мощность излучения...

[Alexashka]

Ну пропускайте ваш луч через прерыватель. Померяете амплитуду, из нее какимто пересчетом получите мощность(среднюю) - для постоянного. Для импульсного лазера, зная длительность импульса и средн.мощность также получаете импульсную мощь. Кстати в схеме наверно надо резистор заменить на емкость. Это для измерения заряда.

[Виль]

А всеми этими процессами может запрограммированный микроконтроллер управлять?.....А если емкость в параллель с резистором?

Сообщение отредактировал Виль - Nov 16 2009, 19:15

[Alexashka]

А всеми этими процессами может запрограммированный микроконтроллер управлять?.....А если емкость в параллель с резистором?

Может и не нужно контроллер. У Вас по сути получится аналоговая схема- МДМ (модулятор-усилитель-демодулятор). А на выходе можете и контроллер добавить с АЦП.
Емкость с резистором в параллель. Да. Он совместно с емкостью нижнюю граничную частоту полосы пропускания задает.
Я правда не с пиро-, а с пьезодатчиком делал. Гдето на форуме уже мелькало. Поищите. Еще называется зарядочуствительный усилитель.

[Виль]

ок, спасибо)

[DS]

Так, как нарисовано на схеме в первом посте,скорее всего совсем не будет работать. МГ30 не деградирует при нормальных условиях хранения.

[Tanya]

ок, спасибо)

Непонятно, зачем Вам все это? Кажется, все нормальные измерители делают на калориметрическом принципе. Уже сто лет или больше.

[НЕХ]

Объясните для какой цели могли применяться сенсоры на 14,2-16,2 мкм ? на какой газ, например ?

Прикрепленные файлы

 FPU74.pdf ( 202.47 килобайт ) Кол-во скачиваний: 77

 

[Белый дед]

Пироприемники есть смысл применять для обнаружения потоков ИК слабее 10е-4 Вт в очень широкой полосе.
У меня получалась пороговая чувствительность 10е-9 Вт, если правильно помню.
Как им измерять мощность лазера, не представляю - он же будет насыщаться, наверное.
И должен заметить - они не такой медленные, как многие думают. Даже у МГ-30 полоса несколько сотен герц и ограничивается усилителем.

Сообщение отредактировал Белый дед - Nov 18 2009, 15:56

[НЕХ]

Медленные пироэлектрические приборы стоят в датчиках движения. В них используется танталат лития или керамика. А в МГ30 - триглицинсульфат с добавками.

Сообщение отредактировал НЕХ - Nov 18 2009, 16:01

[Белый дед]

Не бывает медленных пироприемников. Принцип работы у них такой, что отклик - десятки мкс. А дальше все от схемы обработки зависит.

Сообщение отредактировал Белый дед - Nov 18 2009, 16:08

[НЕХ]

не согласен - в датчиках движения усилителем является простой повторитель на JFET - 10 Гц потолок по верхней частоте, примерно.

[Белый дед]

А что тут непонятного - у ненагруженного датчика большая постоянная времени. Включите его на нулевое входное сопротивление усилителя - будет гораздо быстрее.

[Alexashka]

А что тут непонятного - у ненагруженного датчика большая постоянная времени. Включите его на нулевое входное сопротивление усилителя - будет гораздо быстрее.

Постоянная времени "чего"? Эквивалент дачтика -емкость и последовательно включенный источник ЭДС (если грубо). Вход полевика работает как емкостной делитель, он может просто уменьшить амплитуду сигнала, но не ограничить ее по частоте сверху.

[Белый дед]

Постоянная времени "чего"? Эквивалент дачтика -емкость и последовательно включенный источник ЭДС (если грубо). Вход полевика работает как емкостной делитель, он может просто уменьшить амплитуду сигнала, но не ограничить ее по частоте сверху.

Приблизительная эквивалентная схема - источник эдс сигнала с очень большим внутренним сопротивлением, подключенный к емкости датчика. Естественно, без нагрузки заряжается очень медленно.

Сообщение отредактировал Белый дед - Nov 19 2009, 09:33

[Alexashka]

Приблизительная эквивалентная схема - источник эдс сигнала с очень большим внутренним сопротивлением, подключенный к емкости датчика. Естественно, без нагрузки заряжается очень медленно.

Если можно, сцылочку плз.
Вот тут http://abitur.bsuir.by/eumk/bsip/page10.htm с Вами не согласятся. Для модуля коэффициента передачи К->C/(C+C2) при w->8 (т.е уже не зависит от частоты).
По Вашей теории он будет спадать прямо пропорционально частоте. Т.е пьезоэлемент на высокой частоте не вырабатывает ЭДС. Так ли это?

[Белый дед]

Не верите мне - пожалуйста:
Measurement, Instrumentation, and Sensors Handbook. 1999 by CRC Press LLC
Раздел 32.7 - Pyroelectric Thermometers. В эквивалентной схеме присутствует источник тока.

[Белый дед]

Посмотрел вашу ссылку. Не стоит доверять, а тем более учиться по такому позорному учебнику.
Лучше нормальные книги читайте.

А пьезоэлемент действительно "на высокой частоте не вырабатывает ЭДС". Поскольку при сжатии пьезоэлектрика генерируется заряд, ток пьезоэффекта пропорционален скорости изменения заряда, а выходное напряжение пьезоэлемента обратно пропорционально частоте из-за имеющейся емкости пьезоэлемента (при неизменной величине тока и на частотах, не совпадающих с частотой механического резонанса).
Правда, если при увеличении частоты сохраняется амплитуда колебаний элемента, выходное напряжение не будет зависеть от частоты до момента разрушения пластины

Сообщение отредактировал Белый дед - Nov 19 2009, 14:51

[Alexashka]

Посмотрел вашу ссылку. Не стоит доверять, а тем более учиться по такому позорному учебнику.
Лучше нормальные книги читайте.

А пьезоэлемент действительно "на высокой частоте не вырабатывает ЭДС". Поскольку при сжатии пьезоэлектрика генерируется заряд, ток пьезоэффекта пропорционален скорости изменения заряда, а выходное напряжение пьезоэлемента обратно пропорционально частоте из-за имеющейся емкости пьезоэлемента (при неизменной величине тока и на частотах, не совпадающих с частотой механического резонанса).
Правда, если при увеличении частоты сохраняется амплитуда колебаний элемента, выходное напряжение не будет зависеть от частоты до момента разрушения пластины

Все правильно. Можно нарисовать хоть источник напряжения, хоть заряда, хоть тока. Но.
Теперь представьте схему датчика в виде источника тока и параллельно конденсатора.. и обвязки в виде зарядочуствительного усилителя (емкость с выхода ОУ на инверсный вход).
Что получается? ОУ включен так, что не позволит зарядится емкости дачтика. Весь заряд (тобишь ТОК*ВРЕМЯ) уйдет в емкость в обратной связи. Так что, если считать что образуемый заряд не зависит от частоты, то и напряжение на выходе зарядочуств.усилителя не зависит от частоты (Q/C =U не зависит от частоты).

[DS]

Не бывает медленных пироприемников. Принцип работы у них такой, что отклик - десятки мкс. А дальше все от схемы обработки зависит.

А про тепловую инерцию забыли ? У неорганических, действительно довольно высокое быстродействие, можно с существенной потерей чувствительночти и 50 КГц увидеть. Но нужны уже милливатты излучения. А для дейтерированного ТГС, который используется в высокочувствительных приемниках, собственная постоянная времени - миллисекунды, и никакие хитрые схемы съема сигналов тут не помогут.

[Белый дед]

А про тепловую инерцию забыли ? У неорганических, действительно довольно высокое быстродействие, можно с существенной потерей чувствительночти и 50 КГц увидеть. Но нужны уже милливатты излучения. А для дейтерированного ТГС, который используется в высокочувствительных приемниках, собственная постоянная времени - миллисекунды, и никакие хитрые схемы съема сигналов тут не помогут.

Не имеет значения, ТГС там или что-то другое. Датчика тонкопленочные - тепловая инерция минимальная.
Если такой датчик нанесен на массивную подложку, тепловой поток устанавливается сразу - постоянная времени микросекунды-десятки микросекунд.
Есть вариант датчика, когда тонкая подложка висит в воздухе. Тогда действительно тепловое равновесие устанавливается за миллисекунды или сотни миллисекунд. Но такие сейчас, кажется, исключительно в пировидиконах используют.

[DS]

Cсылку на ТГС с микросекундной постоянной дайте, пожалуйста. А то мужики-то не знают, все как один в мире возятся с охлаждаемыми приемниками, а как все оказывается, просто ...

[Белый дед]

Я конечно, занимался этим лет 20 назад и что-то упустил - но не слышал про особые свойства ТГС (фантастически длительное время поляризации).
Может, причина в том, что вы нормальные малошумяшие и быстрые усилители для этих датчиков делать не умеете?

[НЕХ]

Пироэлектрические приёмники могут выделяться среди других тепловых приёмников по быстродействию тем, что для появления сигнала им достаточно иметь градиент температуры (тепловой поток). Болометрам и термобатареям (thermopile) нужно основательно прогреться для установления сигнала.

[DS]

Я конечно, занимался этим лет 20 назад и что-то упустил - но не слышал про особые свойства ТГС (фантастически длительное время поляризации).
Может, причина в том, что вы нормальные малошумяшие и быстрые усилители для этих датчиков делать не умеете?

А может дело в том, что пироэлектрики, с которыми Вы работали, имели чувствительность, эквивалентную тому, что, например, микрофон "слышит" только удары молотком по нему ? Если 20 лет назад, то наверное изделия НИИОПИК ?

Пироэлектрические приёмники могут выделяться среди других тепловых приёмников по быстродействию тем, что для появления сигнала им достаточно иметь градиент температуры (тепловой поток). Болометрам и термобатареям (thermopile) нужно основательно прогреться для установления сигнала.

Дело в том, что слои, чувствительные к издучению в 10 - 15 мкм принципиально не могут быть очень тонкими - излучение в них не будет поглощаться. Так что здесь никакой разницы с болометрами нет. "Быстрые" пироэлектики имеют такую чувствительность, что работать с ними добровольно никто не захочет.

[Белый дед]

Нет, в основном использовали Hamamatsu. И еще нам делали заказные пироприемники.
Высказывание, что излучение должно поглощаться в толстом слое пироэлектрика - довольно странное. Мне всегда казалось, что датчики покрывают поглотителем. Наши датчики, например, покрывали платиновой чернью. Да и отклик поляризации пленки, как представляется, не должен сильно зависеть от ее толщины.
Упоминаемое вами миллисекундное время установления характерно именно для датчиков на холостом ходу.
Кстати, если хотите, могу изготовить вам для таких подобных применений ультрамалошумящие зарядчувствительные усилители.

Сообщение отредактировал Белый дед - Nov 21 2009, 02:50

[Белый дед]

Вот специально ссылочку нашел на датчики с ТГС:
http://ufn.ru/ufn69/ufn69_11/Russian/r6911e.pdf , стр. 484
Т.е. уже очень давно все знают, что характерное время установления для ТГС - 40 мкс.

И еще могу дать бесплатный совет, если вы действительно используете пиродатчики, а не просто видите каждый день на чужом столе:
Если приемник на ТГС термостатировать при температуре чуть ниже точки Кюри, его чувствительность удается существенно поднять.

[Alexashka]

Упоминаемое вами миллисекундное время установления характерно именно для датчиков на холостом ходу.
Кстати, если хотите, могу изготовить вам для таких подобных применений ультрамалошумящие зарядчувствительные усилители.

А еще лучше дайте схему усилителя с "правильным" включением датчика

[НЕХ]

МГ30 внутри...

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Alexashka]

МГ30 внутри...

Прикольный монстрик
Интересно что это за белый прямоугольник слева внизу? еслибы это не был прибор 76г разработки подумал бы что это какойто МЭМС коммутатор))

[НЕХ]

Это высокоомный резистор, используется, похоже, на треть.
На входе - дифференциальный каскад на паре полевиков с нагрузкой в десяток килоом.
Далее УД, схема охвачена обратной связью 470k / (1k с последовательным внешним коденсатором 0.1 мкф)
Неожидал не увидеть никаких конденсаторов внутри.
И платиновую чернь стырили...
свечу меандром 4 кГц 3,4 мкм - на выходе пила.

[Tanya]

Это высокоомный резистор, используется, похоже, на треть.
На входе - дифференциальный каскад на паре полевиков с нагрузкой в десяток килоом.
Далее УД, схема охвачена обратной связью 470k / (1k с последовательным внешним коденсатором 0.1 мкф)
Неожидал не увидеть никаких конденсаторов внутри.
И платиновую чернь стырили...
свечу меандром 4 кГц 3,4 мкм - на выходе пила.

А что Вы ожидали увидеть на такой частоте?

[Alexashka]

свечу меандром 4 кГц 3,4 мкм - на выходе пила.

А Вы можете посмотреть что на выходе датчика? Или может как тут советовали нагрузите его сопротивлением, глядишь пила превратится в меандр

[НЕХ]

вместо 0.1 мкф ставлю 15н - вот и меандр !

[Alexashka]

вместо 0.1 мкф ставлю 15н - вот и меандр !

странно. я бы предположил что будут одни иголки пролезать
Вы же только тем самым уменьшаете усиление на низких частотах

[НЕХ]

эквалайзер - низкие режем, высокие прут !

[Alexashka]

эквалайзер - низкие режем, высокие прут !

Хорошо если прут. Особенно если это не наводки
Кстати это балометрический датчик? По идее у него инерционность должна быть. И еще интересно он тепло от человека видит?

[НЕХ]

"балометрический" не знаю такого слова

пироэлектричество обсуждаем

тепло видит (он для этого и создан), но есть ограничение по низкой частоте

[Виль]

Кстати это балометрический датчик? По идее у него инерционность должна быть. И еще интересно он тепло от человека видит?

Конечно, видят.На этом эффекте основан принцип работы автоматически открывающихся дверей в любом супермаркете и элементарной сушки для рук. Об этом подробно написано в книге Германа Шрабера "Инфракрасные лучи в электронике", там разобран пример работы пироприемника для датчика охранной сигнализации.

[Alexashka]

Конечно, видят.На этом эффекте основан принцип работы автоматически открывающихся дверей в любом супермаркете и элементарной сушки для рук. Об этом подробно написано в книге Германа Шрабера "Инфракрасные лучи в электронике", там разобран пример работы пироприемника для датчика охранной сигнализации.

сушки для рук развер не на ИК оптопаре делают? ну да неважно.
я спросил про форму сигнала и видит ли он человека потомучто интересно, можно ли их приспособить приведенный ИК датчик для работы с прерыванием скажем на 500Гц. Т.е инерционность этого датчика это от его природы или как тут говорил один товарисч это изза того что у инженеров руки кривые- усилители дескать неправильные делают (мол они дают завал АЧХ датчика на высоких частотах).
Например http://tuap-spb.narod.ru/ru/Pyro_bolometer.htm
говорится что полоса частот 10 - 4000 Hz
Ясно что от материала и конструкции зависит, но всеже...

"балометрический" не знаю такого слова

пироэлектричество обсуждаем

тепло видит (он для этого и создан), но есть ограничение по низкой частоте

Пардон ошибся, тут принцип немного другой. Но ведь все равно чувствительный элемент должен нагреться чтобы заряды образовались? А это время

[vvs157]

Кстати это балометрический датчик? По идее у него инерционность должна быть. И еще интересно он тепло от человека видит?

Ну это как сказать. Современные неохлаждаемые тепловизоры на микроболометре имеют частоту кадров 30 Гц в диапазоне 7…14 мкм на матрице 320х240

[DS]

Например http://tuap-spb.narod.ru/ru/Pyro_bolometer.htm
говорится что полоса частот 10 - 4000 Hz
Ясно что от материала и конструкции зависит, но всеже...

Для такого типа материала характеристики очень посредственные.
Инерционность у болометра - миллисекунды, от 10 до 30 - 40.

[Alexashka]

Для такого типа материала характеристики очень посредственные.
Инерционность у болометра - миллисекунды, от 10 до 30 - 40.

Т.е заявленные 4000Гц это просто диапазон в котором он корректно работает? Т.е на выходе у него при этом будет просто среднее значение мощности излучения?

[DS]

Т.е заявленные 4000Гц это просто диапазон в котором он корректно работает? Т.е на выходе у него при этом будет просто среднее значение мощности излучения?

Там не болометр, а пироэлектрик на керамике. Для керамики при чувствительности всего в 10-5 4000 Гц - мало.

[Alexashka]

Там не болометр, а пироэлектрик на керамике. Для керамики при чувствительности всего в 10-5 4000 Гц - мало.

Ммм..ясно. просто смутило название "пироэлектрический болометр" (PYROELECTRIC BOLOMETER SYSTEM)
Видимо у них понятие "болометр" это не прибор с термочувствительным элементом, а вообще прибор который измеряет энергию излучения.