Bolometer Theory
Hvað segir er kafli frá síðasta ári skýrslu mína "Líkja Spire nota IDLLanguage '. Þegar rannsaka verkefnið fannst mér erfitt að finna einhverja grunn kynningu á bolometer kenning, svo ég ákvað að setja útgáfa online. Þú getur líka séð kafli í fullu samhengi við að hlaða niður skýrslu mína fjórðu skýrslu: Líkja Spire nota IDLLanguage .
- Grundvallarreglur
- Time Constant
- Responsivity
- Time svörun a bolometer
- Noise Jafngild Power
- Photon Shot Noise og Wave Noise
- Photon Noise Limited NEP
- Photon Detector Nýtni
- Aðrar uppsprettur Noise
- Lágmarka Noise
- Auk skilmála Noise
- Overall Noise og NEP
Grundvallarreglur
A bolometer er tæki sem skynjar komandi geislun með því að framleiða breyting á rafviðnám hlutfalli við magn af geislun received. Komandi geislun upptekið af bolometer sem veldur aukningu í hitastigi, sem aftur veldur breytingu á rafviðnám þess .
Innra aðgerðir á bolometer eru sem hér segir:
Mynd 3.1 - Skýringarmynd af Bolometric Detector
The bolometer sig samanstendur af absorber efni sem tengist hita vaskur af föstum temperature. Komandi rafsegulgeislun (EM) geislun upptekið af efni auka hreyfiorka ókeypis electrons. The árekstrar af ókeypis rafeinda með atóm í því að valda efni grindurnar sveiflur sem koma fram sem breyting á hitastigi.
Dæmigert efni fyrir hitamæli eru hálfleiðara svo sem efnabætt germanium. Þrjóskan fyrir slík efni breyst verulega fyrir lítil breyting á hitastigi og hægt að einkennast af jöfnu,
| (3.1) |
þar sem 
er stöðugt kallast viðnám breytu (ohm), 
er viðnám (ohm), 
er hitastigið á viðnám, og 
(K) er hljómsveitin efni bilið hitastig. Verðmæti 
heitir efnið breytu og er gefið tákn 
. Hitastigið stuðullinn ónæmis er skilgreint,
| (3.2) |
Rekstur bolometer skynjari eru sýnd á mynd 3.1. The bolometer við hitastig 
er tengdur við hita vaskur af föstum hiti 
af hitauppstreymi leiðni 
. A DC hlutdrægni núverandi 
streymir gegnum bolometer mynda spennu 
. Breytingar í komandi geislun máttur 
gefa tilefni til breytinga á viðnám 
, Og þar af leiðandi í framleiðslu spennu 
. Dæmigerð bolometer biasing og lesa hringrás er mynd á mynd 3.2.
|
Mynd 3.2 - bolometer biasing og lesa hringrás |
Núverandi sem rennur í gegnum viðnám veldur dreifingu valds 
í absorber efni. Að auki er sú upphæð sem geislandi orku upptekið af absorber táknuð með 
. Heildar afl eyðist í bolometer 
Því er gefið,
| (3.3) |
Undir stöðugu ástandi þá orku upptekið af absorber verða fjarlægðar til Innfæddur af varma tengilinn, er þetta gefið eftirfarandi tengsl,
| (3.4) |
DC spennu-straumur (VI) ferill fyrir bolometer er skilgreindur með jöfnum,
| (3.5) |
Í reynd bolometer er hlutdræg af rafhlöðu spennu V 0 og hlaða mótstöðu R L. Viðnám álag viðnám er venjulega hönnuð til að vera miklu hærri en viðnám bolometer yfir allan rekstur svið. Þetta er til að halda núverandi liggur í gegnum bolometer á stöðugu stigi svo að kraftur eyðist í bolometer með viðnám hitamæli dvöl nokkuð stöðug.
Starfsár benda á bolometer er þá gefið á mótum álag bugða og hleðslumerki, ákvarðast af jöfnu,
| (3.6) |
A línurit sýnir dæmigerð VI feril og hlaða lína frá niðurstöðum eftirlíkingu forrit sem ég framleitt í IDLLanguage er að finna á mynd 3.3.
|
Mynd 3.3 - IDLLanguage framleiðsla nokkurra VI línur með hleðslu línu yfir samsæri |
Eins og sjá má á mynd 3.3, að viðnám bolometer er ótrúlega mikið á lítil strauma. The bolometer mótstöðu byrjar að minnka og að lokum stigum burt í meiri strauma vegna frekari völd er horfið í absorber efni. Ef geislun er atvik á Detector, vald eyðist í absorber mun einnig aukast. Þetta hefur áhrif squashing VI feril eins og sýnt er á myndinni hér fyrir ofan. The rafmagn horfið í absorber efni, sem unnin í [8], er reiknað með því,
| (3.7) |
þar sem 
táknar brotin hækkun á hitastigi absorber þar 
táknar absorber efni sem við hitastigið 
. 
er í kyrrstöðu hitauppstreymi leiðni á varma tengilinn 3 Hann kæli hitastig (WK -1), sem er gefið með eftirfarandi völd lög,
| (3.8) |
þar sem 
er í kyrrstöðu varma leiðni á 300mK (WK -1), og 
og er kallað hitauppstreymi rafleiðni vísitölunni. Hugtakið 
heitir hleðsla breytu og er gefið með jöfnu,
| (3.9) |
Það er hleðsla breytu sem veldur því að squashing áhrif VI ferill þegar það er atvik EM geislun á geisla.
Eins og með flest líkamleg kerfum bolometer ekki bregðast strax við á augabragði breytt inntak þess. Í mörgum tilvikum svar á skynjari að stíga breyting á inntak er veldisvísis breytast í framleiðslu. Þetta er hliðstætt hleðslu og losun þétti á RC brautinni.
A bolometer hefur eitt orku uppistöðulón í hitanum rýmd í absorber. Því bolometer hægt að vera fyrirmynd með einum fyrsta stigs munur jöfnu, þetta þýðir líka að bolometer þjáist ekki af áhrifum minni. The svar er því að einkennast af einu föstu 
sem fyrir bolometer er gefið með jöfnu,
| (3.10) |
þar sem 
er hitinn absorber getu (JK -1). Static hitauppstreymi leiðni 
sem er tengd verðmæti 
á 3 Hann kæli hitastigið um,
| (3.11) |
Þegar geislun er atvik á skynjari það eykur hitastig hennar með lítið magn, þetta hefur áhrif á absorbers hita getu og varma tenglar leiðni. Í hita absorber getu á aukna hitastig er skyldur til þekkt gildi 
á 300mK með,
| (3.12) |
þar sem 
er það úr afkastagetu hita vísitölunni. Útlit bak á jöfnu (3.2) og nota hugtök skilgreind hér að framan, hitastig stuðullinn á viðnám má endurskrifa sem,
| (3.13) |
þar sem 
er lögmálið afl vísitölunnar frá andspyrnu-hiti tengslum í jöfnu (3.1). Við sjáum að 
er neikvæð fyrir hálfleiðara bolometer. Þetta leiðir til þess að verðmæti 
sem er minni en sú sem lýst er með jöfnu (3.10). Þetta er vegna þess að electrothermal viðbrögð sem lýst er í [9]. Við skilgreinum nýja tíma 
sem er verðmæti 
með leiðréttingu fyrir electrothermal viðbrögð,
| (3.14) |
Þessi nýja gildi gerir okkur kleift að skilgreina gildi 
sem inniheldur aftur eftir leiðréttingu fyrir electrothermal viðbrögð,
| (3.15) |
Eins og varma viðnám er hlutdræg af spennu 
að rafmagn horfið inn í absorber hægt að gefa eftir 
. Aukning á atvikið EM merki mun auka hitastig varma viðnám og því einnig aukið resistance þess, þetta aftur mun valda lækkun á eyðist afl. Ef viðnám starfi í bratta hluta af ferli þess þá heildar afl eyðist í absorber haldast stöðug, eins og hitastigi. Þetta kerfi er vísað til sem hafa neikvæð electrothermal viðbrögð. Þetta hefur þann kost að draga úr þeim tíma stöðugt til af 
varma tímafastinn sem gefin í (3.10).
Responsivity
Responsivity er skilgreint sem breyting á spennu framleiðsla fyrir breytingu í atvik völd, sem í bolometer svarar til breytinga á hitastigi. Spennuna responsivity af bolometer er skilgreint sem,
| (3.16) |
og breytir eins fall á starfsleyfi lið. Ef merki um skynjari er mótuð the mótum tíðni verður nægilega lágt þannig að skynjari geta brugðist við þeim breytingum sem völd. Það er sýnt að
| (3.17) |
þar sem 
tíðni mótum. Núll tíðni (DC) responsivity má meta beint frá the hlaða ferill með tjáningu,
| (3.18) |
hvar er núll tíðni dynamic viðnám 
(Ohm) í bolometer 
á rekstri lið. 
getur verið sýnt fram á að gefa með,
| (3.19) |
Time svörun a bolometer
Fyrir meirihluta bolometers lögun VI ferli einkennist af krafti bakgrunni stigi. Þegar lítið fleiri merki er beitt til að bolometer brottför frá VI ferli má gera ráð fyrir að vera óveruleg. Þetta er þekkt sem lítil merki samræmingu. Í litlu merki mörk þ.e. þegar fengið 
bakgrunn breyting á spennu bolometer vegna breytinga á atvik geislun valdi er hægt að gefa eftir,
| (3.20) |
Breytingar á framleiðslu spennu kemur ekki fram þegar í stað og því að bera saman bolometer með RC hringrás viðbrögðin geta verið fyrirmynd með annan af tveimur eftirfarandi jöfnur,
| (3.21) |
Þegar samsæri þessara jafna hafa eftirfarandi formi (þar 
og 
),
|
Mynd 3.4 - Lóðir V við tímann fyrir bæði jákvæð og neikvæð V |
Þegar stór merki eru talin, brottför frá VI ferill er ekki lengur óveruleg. Þess vegna breytinga í framleiðslu spennu vegna breytinga á atvik valdi ekki hægt að reikna með því að beita responsivity það er nú gefið með breytingu í stað spennu á bolometer. Í að flytja frá upphafi til endanlega VI ferill, tíma fasti kerfið breytist sem fall af rekstri lið. Því er bolometer ekki lengur einu sinni föstu tæki og ekki hægt að vera fyrirmynd með því að beita einfaldri RC hringrás bregðast jöfnur.
|
Mynd 3.5 - VI bugða fyrir stór merki breyting |
Noise Jafngild Power
Miklu máli að allir bolometer er Noise Jafngild Power eða NEP. The NEP er rót meina ferningur Sendistyrkur þarf að jafna rót merkir veldi af skynjari hávaða. Besta merkja á suði náð með bolometer er gefin með jöfnu,
| (3.22) |
Almennt NEP hefur einingar 
.
Photon Shot Noise og Wave Noise
Ef við lítum á ögn mynd ljóss og ljóst að ljósið kemur á skynjari af handahófi eða uncorrelated Þannig getum við skilgreint photon skot hávaða. Photon skot hávaði er réttlætanlegt í mikilli tíðni (þar sem photon mynd af ljósi er hentugur) en á lægri tíðnum að veifa mynd af ljósi á betur við og því við skilgreinum annað orð veifa hávaða.
Með því að beita Bose-Einstein tölfræði og miðað við að bakgrunni fyrir uppgötvun er í formi blackbody við komumst að rót meina ferningur sveiflur í fjölda ljóseindir koma í tíma , Í bili tíðni 
V er gefið,
| (3.23) |
þar sem 
, 
= Emissivity í bakgrunni og 
= Heild sending skilvirkni milli bakgrunni og skynjari. Viðbótin 
Hugtakið tekur tillit til öldu hávaða.
Photon Noise Limited NEP
Í besta falli, skynjari og síðari hluti mun bæta óverulegt magn af viðbótar hávaði til merki í viðbót við skot photon hávaða. Þess vegna er photon hávaða takmarkar næmi bolometer mælingu, þetta æðsta mörkum er kölluð photon hávaði takmarkaður NEP, 
. Þetta er gefið með jöfnu,
| (3.24) |
Photon Detector Nýtni
Í raun er ekki hægt að fá photon hávaði takmarkaður S / N sem það gerir ráð að fullkomna skynjari er notaður. Real skynjari mismunandi í rekstri í þeirri staðreynd að
- alvöru skynjari geta ekki brugðist við hverjum photon
- skynjari og rafeindatækni þess framleiða frekari hávaði
Tvær breytur eru skilgreindar í því skyni að taka tillit til þessa til að galla í kerfi sem greinir, þessir eru Móttækilegur Quantum Nýtni og Detective Quantum Efficiency.
Móttækilegur Quantum Efficiency (RQE eða 
)
The RQE eða reikninga fyrir ófullkomnar frásog ljóseindir og er skilgreind sem brot af ljóseindir atvik sem stuðla að merki, augljóslega 
.
Detective Quantum Efficiency (DQE)
| (3.25) |
The DQE er hlutfall af raunverulegu næmi að hámarki náð í grundvallaratriðum. Stiki tekur bæði upptöku skilvirkni og allir auka hávaða mynda í Detector mið. Þetta stika er því hægt að nota til að bera saman mismunandi tegundir af skynjari hver við aðra.
Í æfingu um hlutdrægni spenna er valin til þess að fá sem hæst DQE fyrir hvern geisla. Í tilviki Spire, það er hópar skynjari sem hafa sameiginlegan hlutdrægni spennu sem hægt er að breyta til að fá sem bestar DQE fyrir hópinn.
Aðrar uppsprettur Noise
Johnson Noise
Innan hvaða stykki af einhverju stunda efni rafeindir hafa handahófi hitauppstreymi tillögur vegna þess að efni er endanlegt hitastig. A bolometric skynjari og hlutar þess eru - eða getur talist vera - viðnám með rafmagns samband við hvorn enda. Ef það er ekkert raf möguleiki yfir tengiliði spennuna í viðnám mun sveiflast handahófi um núll volt, þetta er vegna þess að jákvæð og neikvæð sveiflur eru jafn líkleg. Að hávaðinn valdi innan þátturinn er hins vegar í réttu hlutfalli við spennuna sveiflur ferningur þ.e. það er alltaf jákvætt. Þetta er kallað Johnson eða Nyquist Noise.
| (3.26) |
Tíðni litróf Johnson hávaði er flatur þ.e. það er tíðni sjálfstætt. Þetta má sjá hér að ofan jöfnu þar sem ekki er tíðni ósjálfstæði. Noise með íbúð litróf kallast White Noise.
Phonon Noise
Svo langt að við höfum talið hávaða sem eru stofnaðar með ljóseindir og rafeindir, við teljum nú streymi hita í hitanum vaskinn eins quantised í formi phonons (quantised grindurnar titring). Þetta leiðir til handahófi sveiflur í hitastigi bolometer. The Phonon hávaða NEP, 
, Er,
| (3.27) |
Hitastig Noise
Hiti hávaði stafar af því að hiti vaskur er ekki við stöðugt hitastig og tekur aðeins lengri tíma. Hitastigið hávaða NEP, 
er,
| (3.28) |
þar sem 
er spectral álag á sveiflur í hitastigi á hita vaskur (K 2 Hz -1).
1 / f Noise
Þetta uppspretta hávaða er mjög mikilvæg í hagnýtu gildi, þótt orsakir eru oft ekki mjög vel þekktur. Fyrir flest tæki eru stórir hávaða finna á lág tíðni.
|
Mynd 3.6 - 1 / f Noise |
Lágmarka Noise
Hávaði hefur áhrif á niðurstöðurnar á niðurlægjandi hátt og því við ráða nokkrar aðferðir við (til að draga úr áhrifum hennar.
- Gera greiningu eftir bandbreidd eins lítil og mögulegt er
- Reyndu að forðast að mæla merki (eða tíðni hljómsveit) sem á sama tíma með stökum tíðni truflana heimildir
- Tryggja að merkið tíðni (eða tíðnisvið) er nógu hátt ekki verða fyrir áhrifum af umtalsverða hávaða.
Vegna 
hávaða það er ekki hægt að virða fengið í langan tíma samfellt athugun, þetta myndi fela í sér að vinna á mjög lágu tíðni þar sem 
hávaða væri mikilvæg. Ein aðferð notuð til að koma í veg 
hávaða er að nákvæmlega merki með tíðni sem er nógu hátt til að 
er ekki lengur marktækur. The mótum tíðni getur hins vegar ekki vera svo hátt að skynjari tíðni svar leiðir af sér tap í merki. A frekari kostur á mótum tækni er að það er hægt að nota til að draga bakgrunn frá sér merki með því að skipta á milli heimildar merki og bakgrunni merki, þetta er þekkt sem â € ~ choppingâ € ™ í FIR / undir-mm athugasemdum.
Heildar hávaða í kerfi verður að vera sambland af öllum einstökum aðilum hávaða fram eins og lýst er áður. Við gerum ráð fyrir að allir á hávaða heimildir eru uncorrelated þ.e. gildið einn er ekki háð neinum öðrum. Eins og þeir eru uncorrelated bæta þeim venjulega vildi ekki taka mið af áföngum á hávaða, því við tökum rót merkir veldi af hávaða (RMS gildi) eins og stundum hávaða heimildum getur sagt hvert öðru.
| (3.29) |
þar sem 
er hávaða spenna spectral þéttleika (VHz -1 / 2) af hverju hávaða framlaga.
Overall Noise og NEP
Það er hægt að skilgreina NEP á eftirfarandi hátt, merki máttur sem gefur S / N með 1 í sameiningu þegar 0,5 sekúndur. Ef við látum 
= Detector responsivity (VW -1), 
= Rafsegulsvið valdi atvik á Detector (W) og 
= Samtals hávaða spennu spectral þéttleika getur merki spenna vera skrifleg,
| (3.30) |
The hávaða spenna verður þá að gefa eftir,
| (3.31) |
Með skilgreiningu á NEP, ef 
þá merki spenna 
. Þess vegna getum við fá jöfnu fyrir NEP í skilmálum Noise spennu spectral þéttleika og responsivity,
| (3.32) |
Einingar NEP eru yfirleitt gefin sem WHz -1 / 2, sem Hz -1 / 2 skilmálum er átt við að greina eftir bandbreidd eða neikvætt um samþættingu tíma.
- Kenningin um hávaða sem jafngildir krafti ofurleiðarinn langt-innrauða bolometer háum hita í mynd-... Theor Y hávaða sem jafngildir krafti ofurleiðarinn langt-innrauða bolometer háum hita í mynd-thermoelectrical ham Theory rekstur hávaða sem jafngildir krafti a háhita ofurleiðarinn langt-infraredbolometer í mynd
- 1 Inngangur (PDF) ... A endurskoðaðri útgáfu af Griffin & Holland tilvalið hálfleiðurum bolometer. líkanið er kynnt og notkun hans á ... byggt á bolometer kenning ekki jafnvægi. Mather [10] en gert er ráð fyrir ... astro.cf.ac.uk / hópa / ... / Sudiwala_et_al_IJMM_ bolometer _paper.pdf
- Einföld kenning fyrir fast-backed bolometers Einföld kenning fyrir fast-backed bolometers Einföld kenning fyrir fast-backed bolometers Einföld kenning er lagt til að skýra tíðni svar af solid-backed bolometers. Það er gert ráð fyrir einnar víddar streymi hita gegnum bolometer
- Hárnákvæm Lýsing á eiginleikum hálfleiðara BOLOMETERS (PDF) ... m, með bolometer líkanið kynnt í Sudiwala et ... a SUF? ciently samræmt lyfjanotkun. Ideal bolometer kenning [1, 2, 7] má nota til að ... astro.cf.ac.uk / hópa / ... / Woodcraft_et_al_IJMM_ bolometer _paper.pdf
- DOE Document - Nonequilibrium kenning af heitri-rafeinda bolometer með eðlilegum málm-einangrun-ofurleiðarinn göng ... Rekstur heitu-rafeinda bolometer með eðlilegum málm-einangrun-ofurleiðarinn (NIS) göng mótum sem hiti skynjari er greind fræðilega. The responsivity og hávaði samsvarandi afl (NEP) í bolometer eru fengin
- Myndvinnsla og Least-Squares reconstructions (PDF) ... næst með því að taka tillit til staðlaða mynd. resampling kenningu í mótun á minnst-ferninga vandamál ... litfléttun vegna þess að binda á bolometer núll stig á hreyfingu innan
- A Microcalorimeter og bolometer Model A Microcalorimeter og bolometer Model A Microcalorimeter og bolometer Model Hið staðlaða ekki jafnvægi kenningu um hávaða í hugsjón bolometers og microcalorimeters nær ekki að spá fyrir um árangur af alvöru tæki vegna frekari áhrif
Ki Toy Johnson Pic ...
Ég Googled fyrir eitthvað allt annað, en fann síðuna þína ... og verð að segja takk. gaman að lesa ....
Vel gert Steven. Eitthvað mjög mikilvægt að muna að hver þarf góðan inngangs tilvísun skilja grunnatriði áður en sækjast háþróaður efni sérgrein byggt á þeim grunni á grundvallaratriðum. Skilning á grundvallaratriðum er nóg fyrir fólk að ná árangri.
Vefsíðan þín er frábær inngangs tilvísun. Ef starfsferill gangstígur þinn leiðir þig að rannsaka fleiri háþróaður næmi bolometers og þú birtir að lokum skaltu halda í og birta þessa kynna sér verk og vel að þjóna sem inngangs efni fyrir the fyrstur-teljara. Ég er sammála með Ki. Vefsíðan þín á kenningum bolometer er gott að lesa.
J
Mér fannst fyrirlesturinn þinn að mestu gagni við að þróa skilning á breytum bolometer og einkenni. Ég er 4. önn nemandi í rafmagnsverkfræði og er nú ráðist í verkefni sem microbolometer. Í þessu sambandi mun ég vera greteful ef þú getur sent viðkomandi rit.
Ég fann ár lucture það er mjög gagnlegt fyrir hluta rannsóknum mínum vegna þess að ég veit ekki neitt um bolometer. En ég hef enn vandamál til að sjá myndina í vefsíðuna þína. Hvað ætti ég að gera? Ég reyni að sækja pdf.file þína, en það virkar ekki líka.
Þá skaltu ekki hika við að gefa nokkur tillögu. Minn e-mail: jiku_jung9@hotmail.com
Ekki það að ég vil að afrita vefsvæðið þitt, en ég elska sannarlega útlit. Gætirðu sagt mér hvaða þema ertu að nota? Eða var það sérsaumaðar?
Þemað er tengd neðst á þessari síðu (í fót).
Myndir og PDF aftur, því miður fyrir vandamál
Kæri Steven
Mér fannst fyrirlesturinn þinn svo gagnlegur, en ég get ekki séð myndir eða finna í PDF.
viltu vinsamlegast hjálpa mér hvað ég shoud gera?
einlægni þín
Kæri Steven
Kærar þakkir fyrir frábæra fyrirlesturinn þinn, en ég get ekki sótt í "Líkja Spire nota IDLLanguage" Gætirðu sent mér? Takk fyrirfram.
Email: lhfsemail@gmail.com
Getur þú vinsamlegast senda mér póst. Mér finnst mjög í huga.