Координатно-чувствительный пироэлектрический приемник"излучений

 

Фiт ти. - e>.ti :÷ðÎ ,); ", . т. па "4 },,„

О П И С А Н И Е 692339

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советсиик

Социалистичесиик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополмительное к авт. сеид-ву

1 / (22) Заявлено 05,05.77 (2I ) 2485418/18-25 (5 l ) M. Кл. с присоединением заявки М

601.3 5/58

3Ъеударетввниый кемитет

СССР, ao делам иэебретеиий и вткрытий (23) Приоритет

Опубликовано 23.06.81. бюллетень щ 23

Дата опубликования описания 23.06.81 (53) УД К 5 36.52 (088. 8) О. В. Елфнтов, Л. С. Кременчугский и С. К. Скляренко (72) Авторы изобретения Институт физики АН УССР (71) Заявитель (54) КООРДИНАТНО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ..ПРИЕМНИК ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к области радиационной пирометрии и может быть исп, льзовано в следящих системах управления, оризнтадии и наведения для определе- . нии координат потоков электромагнитного излучении, например лазерного, в широ5 ком спектральном диапазоне от видимомой до инфракрасной области спектра.

Известны позипионно-чувствительные пироэлектрические приемники излучения содержащие пластину из пироактивного ма териала, на облучаемой и обратной сторонах которой расположены встречно включенные электроды. При локальном margeве пластины излучением в пироактивном кристалле происходит частичное разориен тирсвание электрических днполей„в реву льтате че о между электродами, расположенными на противоположных сторонах плас тины, возникает разность электрических потеняиалов. Величина напряжении прс пораюнальна облученной площади электро., Г13.

Имея линейную координатную чувствительность в широком спектральном диапазоне, указанные приемники не обеспечивают измерения мощности нестационарного потока излучения одновременно с определением координат его энергетического пентра, поскольку выходной сигнал зависит не только от величины облученной площади электрода, но и от изменения интенсивности падающего на пластину излучения.

Известен также пироэлектрический координатно-чувствительный приемник излучения, который содержит плоский чувствительный элемент из равномерно поляризованного пироактивного материала, на .облучаемую поверхность которого нанесено сплошное проводящее покрытие, а на поверхности, обратной облучаемой, расположены четыре секторных электрода, вытпитненные в виде сплошных покрытий участков поверхности пластины, образованных пересечением осей координат.

Приемник имеет схему обработки сигналов, 3 692/ включающую блоки определения координат )(и f, к которым попарно подключены противоположно расположенныз электроды 2 . Регистрируемый поток излучения падает на приемную пластину, вызывая наг« : рев ее и, местное раэориентирова.ние части электрических диполей - .в пироактивном материале. Это приводит к появлению электрических зарядов и, Жответственно, разности потенциалов между секторными "электродами и облу чаемым покрытием. Сигналы от .,элект родов поступают в схему обработки.

При этом разность веттичин сигналов . с диаметрально противоположных сектор-. ных электродов соответствует расстояттттю между энергетическим центром потока излучения и геоме грическим центром приемной пластины (или, что то же самое, од 2 ной из двух координат (и Y энергетического центра потока излучения) .

Это устройство служит дла юстировки, например лазерного излучения. Однако точность юстировки недостаточно высока, 2 так как для проведения этой операции необходимо излучение точно навести к центру координат. Но координатная чувстви"тельность приемника вблизи нуля:,недостаточна, что снижает точность наведения 5 пучка излучения. Кроме того, в случае, когда диаметр пучка меньше половины диаметра приемного элемента, .то при попадании его в зону одного из сектор ных электродов пучок не выходит за гра 3 ницы сектора, вследствие чего возникает неоднозначность отсчета при нахождении его координат, трудность в их определе нии

Бель изобретения — повышение точности отсчета координат.

Это достигается тем, что в координатно-чувс твительном приемнике излучения чувсщительный элемент выполнен в виде усеченного тела вращения, а симметричные электроды нанесены на его наклонную боковую поверхность.

B связи с тем, что малое основание, чувствительного элемента не имеет пок-. рьттиа, вокруг оси вращения образуется зона с диаметром малого основания, в которой работа иироприемника основана на размытии теплового иэображения на

rpaHEiie металл — сегнетоэлектрик и координатная чувствительность в этой зоне приемника на порядок выше, чем в секторных зонах. Поскольку ось вращения тела проектируется в нулевую точ3

9 1 ° ку" плоской системы координат на облуча ,етой поверхности, то вследствие высокой координатной чувствительности в центральной зоне значительно повышается точность отсчета координат вблизи нуля, что черезвычайно важно, так как, например, юстировка пучка ттсточника излучения ведется по нулевому сигналу.

При этом вследствие наклонности бокс вой поверхности тела вращения, чувствительный элемент имеет переменную толщину, возрастающую от периферии к цент ральной зоне, в результате чего смещение пучка, даже если его диаметр доста чно мал (меньше половины диаметра твительного элемента), дает однозначное,изменение сигнала что позволяет подводить пучок к центру элемента, т.е. к наиболее координат.ю-чувствительной

0 зоне.

Выполнение чувствительного элемента в форме гиперболоида вращения обес — печивает линеаризацию координатной характеристики по всему полю облучения

5 элемента.

На чертеже показан координатно-чувст вительный пироэлектрический приемник излучения, содержащий чувствительный элемент 1 из поляризованного пироактин0 ного материала, выполненный в виде усеченного тела вращения, имеющего большее и меньшее плоские основания. Тело вращения представляет собой усеченный гиперболоид вращения, образующая сечения которого выражена зависимостью =1(г) i .где «Z - координата по толщине усеченного гиперболоида, v текущая координата по диаметру большего основания усеченного гиперболоида вращения, причем для

1Г((— ст cf й» тО

45 Д «Я — C.1Ã1 (5ст 7.=—

Я. ЕО Г

1Г1=5 д 2 = — ) (3

)Г1 5ñß 2=0 )

50 где p — диаметр малого основания усеченного гиперболоида вращения, рав ный диаметру исследуемого пучка. . Ha большее основание 2 чувствитель- ного элемента нанесено сплошное прово дящее покрытие З,,на которое нанесен .слой 4 черни. На наклонную поверхность чувствительного элемента нанесены четыре симметричных электрода 5 в виде

5 6923 сплошных покрытий, разделенных зазора,ми 6, порядка 100 мкм каждый.

Предлагаемое устройство работает сле дующим образом.

Чувствительный элемент 1 облучают со стороны большего основания 2 регист рируемым излучения 3Ч, диаметр которого равен диаметру меньшего основания

7. Попадая на какую-либо часть облучаемой поверхности пучок излучении ф 10 поглощается слоем 4 черни. Возникающий при этом тепловой сигнал распространяется через облучаемый электрод 5 в amроактивный кристалл, вызывая в нем пироэлектрический отклик, llpoBopI100HBllbHbN f 5 площади облучения. Между противолежащими электродами 5 возникают разности потенциалов, которые преобразуются в сигналы, пропорциональные координатам пучка. на плоскости. 20 бля точной юстнровки излучения пучок необходимо подвести к центру прием ной площадки, как уже было указано, в центральной зоне (зона малого основания, свободного от покрытия,) координат >5 ная чувствительнбсть на порядок выше, .чем в периферийной зоне, имеющей секторные электродные покрытия. Лля этого сигнал от блоков подают иа механизм

39 6 ориентации источника излучения, который смещает пучок по облучаемой поверхности. При этом, по изменению сигнала, происходящему при смещении пучка излучения из-за разнотолщинности чувствительного элемента, по текущей координат определяют направление смещения пучка, что облегчает подведение его к пентру.

Формула изобретения

Координатно-чувствительный пироэлект рический приемник излучения, содержащий чувствительный элемент с поглощающим и четырьмя симметричными электродами, и схему отработки сигнала, о т л и ч а -, ю шийся тем, что, с целью повыш ния точности отсчета координат, чувс1 вительный элемент выполнен в виде усеченного тела вращения, а симметричные электроды нанесены на его наклонную боковую поверхность. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское- свидетельспзо СССР

N 441458, кл. G 013 5/02, 1975, 2. Авторское свидетельство СССР по заявке % 2400987/25, 1976 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 4490/17 Тираж 907 Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4