W artykule zaprezentowano opis szczegółowych procedur matematycznych prowadzących do wyznaczenia opisu matematycznego napięciowej odpowiedzi detektora piroelektrycznego na pobudzenie krótkotrwałym impulsem promieniowania optycznego. Wyprowadzono równanie opisujące zależność pomiędzy amplitudą napięciowego sygnału odpowiedzi detektora a energią pochłoniętego impulsu promieniowania i fizykalnymi parametrami detektora.
EN
Detail mathematical procedures, among others those omitted or unavailable in literature, allowing analytical description of the response of the pyroelectric detector to the short input pulse of optical radiation are presented. An equation describing the relationship between the amplitude of the detector response and the radiation pulse energy and the physical parameters of the detector was derived.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przybliżoną wartość termicznej stałej czasowej detektora piroelektrycznego można wyznaczyć z parametrów jego charakterystyki Bodego, jeżeli stosunek n termicznej i elektrycznej stałej czasowej osiąga odpowiednio dużą, niestety bliżej niesprecyzowaną w literaturze, wartość liczbową. W artykule zaprezentowano ścisły opis matematyczny zależności błędu pomiaru termicznej stałej czasowej detektora piroelektrycznego od wartości współczynnika n.
EN
Thermal time constant of the pyroelectric detector is usually determined from the cutoff frequency of his Bode plot. The method can provide good measurement results by assumption that the thermal and electric time constants are significantly different. In the literature there is no more specific suggestions of desired values of the factor n which describes the ratio between the thermal and electrical time constant. As a result of conducted studies the mathematical formula for determining measurement error of the thermal time constant as function of this factor n was obtained.
W artykule przedstawiono eksperymentalna metodę pomiaru termicznej stałej czasowej detektora piroelektrycznego opartą na zarejestrowanej napięciowej odpowiedzi tego detektora pobudzonego skokowym sygnałem promieniowania. Metoda ta może stanowić konkurencyjną alternatywę dla stosowanych zwykle metod badawczych opartych na amplitudowych charakterystykach częstotliwościowych detektora. Rezultaty badań eksperymentalnych dla wykonanego prototypu detektora z polimerowym piroelektrykiem typu PVDF wykazały dobrą zgodność z wynikami uzyskanymi teoretycznie.
EN
The thermal time constant of a pyroelectric detector is one of the most important factors determining the responsivity, response time and frequency response of the detector. In most cases, the thermal time constant is determined experimentally from the frequency response of the detector. This measurement method is rather technically difficult, because most of the commercial electromechanical modulators produce a non-sinusoidal waveform of the optical radiation. Additionally, this method is effective only if there is met the requirement that the thermal and electrical time constant values are significantly different. In the paper, the method for measuring the thermal time constant of the pyroelectric detector using the pyroelectric response to a step optical input signal is proposed. In Section 2 of the paper, the equivalent circuit of the pyroelectric detector (Fig. 1) and mathematical relationships (Eqs. 2, 3) describing the voltage response to the step optical input signal are presented. The proposed method for determining the thermal time constant (Eqs. 4, 5) from the pyroelectric voltage response to the step input signal (Fig. 3) is described in Section 3. The value of the thermal time constant τth is determined from equation (5), where tmax is the time moment, in which the pyroelectric voltage response reaches maximum and τe is the electrical time constant of the detector. In the second part of Section 3, both theoretical and experimental results of studies are presented in the form of curves. (Fig. 3). A comparison between the theoretical and experimental results shows a good agreement.
Praca poświęcona jest badaniom detektorów piroelektrycznych. Detektory piroelektryczne stosowane są w systemach ochrony (czujki PIR), w bezkontaktowych pomiarach temperatury i radiometrach, a także jako czujniki pożaru, dymu i wybuchu. W systemach ochrony czujki PIR wykrywają obecność intruza w chronionej strefie. Detektory piroelektryczne generują ładunek elektryczny proporcjonalny do zmian swojej temperatury, a w rezultacie do zmian padającego na nie promieniowania temperaturowego. W ramach pracy został wykonany system pomiarowy do badania właściwości detektorów w środowisku statycznych i dynamicznych zmian temperatury. Źródłem promieniowania termicznego jest ciało doskonale czarne, a zmiany promieniowania zapewnia modulator mechaniczny. Blok temperaturowy (moduł TEC) zmienia temperaturę detektora w zakresie od -20°C do +80°C.
EN
The work is aimed at measurements of pyroelectric detectors. They are used in security systems (PIR), non - contact temperature measurement, radiometers and as fire, flame, explosion sensors. In security systems PIR devices can detect a person moving into or through a detection zone. Pyroelectric detectors generate electric charges proportional to the rate of change of their temperature and as a result to the changes of falling on them thermal radiation. The measurement system for diagnostics of detectors in static and dynamic changes of temperature was made in this work. The blackbody is a source of thermal radiation and a mechanical chopper makes modulation thermal flux. The temperature module with TEC can change temperature of detector from -20°C to +80°C.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono nową uproszczoną metodą preselekcji monokrystalicznych elementów czynnych detektorów piroelektrycznych na bazie TGS. Metoda ta oparta jest na prowadzonych przez autorów badaniach zależności pomiędzy strukturą domenową a własnościami elektrycznymi ferroelektrycznych monokryształów TGS.
EN
The new simplified method of preselection of monocrystalline TGS active elements of the pyroelectric detectors is presented in the paper. The method is based on the authors researches upon relation between domain structure and electric properties of ferroelectric TGS doped single crystals.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy zaproponowano model teoretyczny dla analizy przemiany cieplnej (W→ΔT) detektora piroelektrycznego. Przedstawiono tu również oparte na tym modelu rozważania teoretyczne, prowadzące do określenia średniej zmiany temperatury elementu czynnego detektora piroelektrycznego.
EN
The paper presents theoretical model for thermal transformation analysis (W→ΔT) of a pyroelectric detector. Using this model the theoretical considerations making possible determination of average changes of the temperature of the active element of the detector are also presented here.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Praca dotyczy analizy szumów wybuchowych generowanych przez detektory piroelektryczne. Zaproponowano modele matematyczne szumu wybuchowego w dziedzinie częstotliwości i czasu, umożliwiające identyfikację szumu wybuchowego występującego w sygnale użytecznym, a następnie opisano opracowane przez autorów odbiorniki promieniowania podczerwonego wyposażone w układy detekcji i eliminacji tego typu szumów. Przedstawiono dwa rozwiązania problemu: układ analogowy oraz układ oparty na cyfrowym przetwarzaniu sygnałów.
EN
The analysis of burst noises generated by piezoelectric detectors is presented. The mathematical models of burst noise in the frequency and time domains are proposed for identification of such noise in the signal. The developed infrared radiation receivers with units for detection and elimination of burst noise are presented. Two solutions are presented: the analog one and the second based on the digital data processing.
The paper presents the preliminary results of the investigations on the detection of high power plasma pulses. Three types of detectors were examined : pyroelectric sensor, plasma-to-IR radiation converter, and thin film differential thermocouple sensor. The operation of the detectors was studied for microsecond range of the plasma pulse duration. Numerical simulation of the thermal evolution of multi-layer structures was used to optimise the design of the detectors. It is concluded that thermocouple sensors are able to provide the most relialiable data. Directions of further development of this kind of sensors are discussed.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.