Общо радиационни приемници
Приемниците на общо лъчение се отличават с факта, че тяхната спектрална чувствителност е постоянна в широк диапазон от дължини на вълните от далечна инфрачервена до близка ултравиолетова. Тяхната чувствителност не зависи от дължината на вълната. За да се увеличи капацитета на поглъщане, чувствителните повърхности на приемниците са боядисани в черно. В областта на дългите вълни (започвайки от 20 μm) чувствителните повърхности на приемника са направени под формата на незачернени метални слоеве с определена дебелина. За да се намали отвеждането на топлина към средата, приемникът на радиация се поставя във вакуумирани или напълнени с газ корпуси. Използват се следните видове приемници на обща радиация: термопили, болометри, термобързи индикатори, пироелектрически кристали и др.
Термодвойки се основават на последователно свързани термодвойки (до 20 термодвойки). Техните горещи връзки са разположени на тесен участък от повърхността, върху който се фокусира радиацията. Термодвойките се изработват под формата на тънко фолио, тел или тънък филм, получен чрез вакуумно изпаряване.
Болометри са съпротивителни термометри, направени или от фолио от проводими материали с температурен коефициент на съпротивление aR »10 -3 K -1 , или от полупроводници (термистори) с aR »10 -3 K -1 . Чувствителната повърхност на фолийния болометър е почернена, за да се увеличи абсорбционният капацитет.
Веригите за превключване на болометър изискват източник на захранване.
Термобързите индикатори са направени под формата на тънкослойна термодвойка или болометър, в които активният слой има добър термичен контакт с основата. Това дава възможност за постигане на относително висока производителност. Следователно те се използват предимно за идентифициране на силни сигнали, напр.за регистриране на високочестотно модулирано лазерно лъчение.
Пироелектричните приемници на лъчение са кристали с определен тип симетрия, в които в зависимост от температурните промени се проявява ефектът на спонтанна поляризация. Следователно тези приемници на радиация не изискват допълнителни източници на енергия.
Пироелектричните свойства са най-силно изразени в материали като монокристали и керамика от бариев титанат, монокристали от триглицин сулфат и бариев-стронциев ниобат.
Детектори за фотоелектрическо излъчване
Спектралната чувствителност на фотоелектричните детектори на лъчение не е еднаква за различните дължини на вълната и е най-голяма във видимата и близката инфрачервена област на спектъра. В сравнение с детекторите за тотална радиация, фотоволтаичните детектори са по-бързи и имат по-дълги фоточувствителни повърхности.
Такива приемници могат да бъдат с вътрешен фотоефект (фотоклетки, фотодиоди, фототранзистори, фоторезистори) и с външен фотоефект (фотоклетки с външен фотоефект, фотоумножители).
Фотодиоди - е структура, в която се образува двойка електрон-дупка, когато се абсорбира фотон. Получената потенциална разлика е мярка за радиационния поток.
Фототранзисторите са структура, чиято базова област може да бъде облъчена със светлина. По този начин фототранзисторът едновременно служи като усилвател на фототок, следователно, в сравнение с фотодиода, той има порядък по-голяма чувствителност, но по-бавна реакция.
Фоторезисторите са полупроводникови елементи, които променят електропроводимостта си под въздействието на радиация. Благодарение на голямата мощност на разсейване, фоторезисторите могат да се използват за превключваневисоки токове, достатъчни за превключване на електромагнитни релета.
Фотоклетките с външен фотоелектричен ефект обикновено се изработват под формата на стъклен вакуумиран или напълнен с газ цилиндър, вътре в който са поставени анод и катод под формата на фоточувствителен слой, нанесен върху вътрешната повърхност на цилиндъра.
При осветяване на фотокатода се отделят електрони, а при свързване на анодното напрежение от външен източник се появява фототок, който е пропорционален на радиационния поток.
Фотоклетките с външен фотоелектричен ефект имат високо вътрешно съпротивление и работят при големи потенциални разлики, така че техните изходни сигнали могат да се използват директно за управление на изпълнителни механизми.
Фотоумножителят (PMT) е устройство, съдържащо вакуумна фотоклетка и вторичен електронен усилвател в един цилиндър. Радиационният поток освобождава електрони от фотокатода, които се ускоряват в електрическо поле и се фокусират върху емитери (диноди). Когато всеки ускорен електрон удари динода, се освобождават 5 до 10 нови електрона. Фотоумножителите могат да имат 9...14 динода и да увеличат общия брой фотоелектрони с фактор 109.
Пирометри
Всички пирометри се подразделят на: пирометриобщо лъчение (пирометри спречупващаиотражателнаоптична система),квазимонохроматични пирометри (пирометрис изчезваща нишка и оптичен клин),спектрални пирометри разпределение (сравнения на пирометъраиспектрално съотношение).
Впирометри за обща радиация се използва най-малко 90%от общия радиационен поток на източника. При измерване на температурата на истинско тяло, общият пирометър на радиацияпоказва не действителната, а така нареченатарадиационна температурана тялото. При известен общ коефициент на излъчване на тялото е възможно да се преизчисли от радиационната температура на тялото към действителната му температура.
Недостатъкът на пирометрите за общо излъчване е, че за да се определи действителната температура, е необходимо да се знаят коефициентите на излъчване, а точността на показанията на пирометъра зависи не само от стабилността на коефициента на излъчване, но и от абсорбцията на радиация от околната среда и оптичната система на пирометъра. Поради това е удобно да се използват пирометри с обща радиация не за измерване на действителната температура, а за измерване на температурни разлики при постоянни условия на наблюдение.
Впирометри с рефрактивна оптична система(Фигура 4а) излъчването от обекта 1 през обектива на лещата 2 и диафрагмата 3 влиза в приемника на общата радиация 4. За насочване към измервателния обект се използва окуляр 6 с димящ светлинен филтър 5 и диафрагма 7. Устройството за отчитане е миливолтметър 8.
 |
а)б)
а - с пречупваща оптична система;
b - с отразяваща оптична система
Фигура 4 Диаграми на пирометри за обща радиация
Впирометри с отразяваща оптична система(Фигура 4b), лъчението от обект 1 навлиза в приемника на лъчение 5 след преминаване през защитния полиетиленов филм 2, диафрагмата 3 и вдлъбнатото огледало 4. За насочване към радиационния обект служи визуалната тръба 6, показанията се извършват по скалата на миливатметъра 7. Полиетиленовият филм е прозрачен за инфрачервени лъчи радиацията служи за защита на системата от оптичен пирометър от замърсяване и въздушни потоци.
Квазимонохроматични пирометри частично излъчванеработят в тесен диапазон на дължината на вълната. При измерване се установява връзка между действителната итемпературата на яркост
Впирометри с изчезваща жичка(Фигура 5а), нишката на лампа с нажежаема жичка 3 е поставена в задната фокална равнина на обектив 2. Операторът 7 вижда изображението на нишката на лампата на фона на обект 1 през окуляра 4, диафрагмата 5 и филтъра 6. Наблюдението се извършва в монохроматична светлина (обикновено l = 0,65 μ m), създаден от червен стъклен филтър. С помощта на реостат токът през лампата с нажежаема жичка се променя, докато спектралните интензитети на излъчване на нишката на лампата и обекта се изравнят. В този момент изображението на нишката изчезва на фона на обекта. Милиамперметър 8 може да се калибрира в температурни градуси.
Пирометър с оптичен кръгъл клин(Фигура 5b) е модификация на гореописания пирометър. В него яркостната температура на нишката на лампата с нажежаема жичка 3 се поддържа постоянна, а изравняването на яркостта се извършва чрез преместване на оптичния клин 2, който пропуска повече или по-малко светлина от обекта 1. По позицията на клина може да се прецени яркостната температура на обекта.
 |
а)б)
а – с изчезваща нишка;b– с оптичен клин
Фигура 5 Диаграми на квазихроматични пирометри
(частично излъчване)
Пирометрите със спектрално разпределение се основават на зависимостта на интензитета на спектралното излъчване на нагретите тела от температурата и дължината на вълната на излъчване. Мярката за температура може да бъде цветът на излъчващия обект или съотношението на спектралните интензитети при две различни дължини на вълната.
Тъй като в повечето случаи естеството на зависимостта на спектралния интензитет на радиацията от дължината на вълнатае приблизително еднаква за черно тяло и реални излъчватели, тогава разликата между цветните и действителните температури е малка.
Всравнителните пирометри(Фигура 6а), съотношението на спектралните интензитети се оценява субективно чрез цветовото усещане, създадено от сместа от два монохроматични лъча. Излъчването от обекта 1 през лещата 2, неутралния оптичен клин 3 и двойния светлинен филтър 4 се насочва към фотометричния куб 5. Двойният светлинен филтър е направен под формата на два клина (червен и зелен), чието относително движение може да промени съотношението между интензитетите на червения и зеления цвят. Фотометричният куб също получава радиация от лампа с нажежаема жичка 12 през матово стъкло 11, червени и зелени филтри 10 и обектив 9. През окуляра 6 и диафрагмата 7 наблюдателят 8 вижда две зони, съответстващи на радиацията от обекта и лампата, оцветени със смес от зелени и червени цветове с различно съотношение на интензитетите им. Взаимното изместване на оптичните клинове на двойния светлинен филтър изравнява съотношението на интензитетите на червения и зеления цвят на излъчването на обекта и излъчването на лампата с нажежаема жичка. За да се балансира съотношението на цветовете, е необходимо равенство на яркостта на излъчване на обекта и лампата. Това се постига чрез промяна на позицията на неутралния оптичен клин 3. След балансиране на позицията на неутралния клин се определя яркостната температура; позицията на един от клиновете на двойния светлинен филтър 4 определя цветовата температура на обекта.
Операторът, работещ със сравнителния пирометър, разбира се, трябва да има добро цветоусещане. Впирометри със спектрално съотношение(Фигура 6b) се въвежда модулация на светлинния поток. Светлинният поток, преминал от измервания обект 1 през лещата 2, се прекъсва от обтуратор с двесветлинни филтри 4, които предават радиация на две дължини на вълната (l1 и l2),към фотоклетката 5. Променливият компонент на изходния сигнал на фотоклетката се усилва от усилвателя 6 и се подава към реверсивния двигател 7, който движи балансиращия филтър 3, докато интензитетите на радиацията при двете дължини на вълната са равни. В равновесно положение движението на филтъра е мярка за измерената температура.
Основното предимство на пирометрите със спектрално отношение е независимостта на техните показания от излъчвателната способност на обекта, както и от наличието на дим, прах и пари в пространството между обекта и пирометъра.