볼로미터 이론
무슨 다음 'IDL로 사용하여 시뮬레이션 첨탑'에 마지막 학기 보고서에서 장입니다. 난 그게 어려운 볼로미터 이론에 기본적인 소개를 찾을 수있는 프로젝트를 연구하면, 그래서 제가 버전이 온라인상에 올리고하기로 결정했습니다. 수 있습니다 : 또한 보고서를 네번째 보고서 내로 다운로드하는 문맥 전체 볼 수있는 장을에 당신은 시뮬레이션 첨탑은 IDL로 사용 .
- 기본 원칙
- 시간 상수
- Responsivity
- 볼로미터의 시간 응답
- 소음 동등한 파워
- 광자 잡음과 웨이브 잡음 샷
- 광자 잡음 제한 NEP
- 광자 탐지기 효율
- 소음의 다른 소스
- Minimising 소음
- 잡음 약관 추가
- 전반적인 소음 NEP
기본 원칙
볼로미터 전기 저항의 변화를 차례로 자사의 전기 저항에 변화의 원인은 온도가 증가, 원인 볼로미터에 의해 흡수 방사선 received. 들어오는 방사선의 양에 비례하여 생산하여 들어오는 방사선을 감지하는 장치입니다 .
다음과 같이 볼로미터의 필수적인 기능은 :
그림 3.1 - Bolometric 감지기의 다이어그램
볼로미터 자체가 (종단) 방사선 물질 원인 격자에서 원자와 자유 전자의 충돌을 무료 electrons.Â의 운동 에너지를 증가 물질에 의해 흡수 고정 temperature. 들어오는 전자파의 히트 싱크에 연결된 흡수체 물질의 구성 진동은 어떤 온도의 변화로 관찰됩니다.
온도계에 대한 일반 자료와 마약에 취해 germanium. 등 반도체에게 온도의 작은 변화에 크게와 같은 물질 변화에 대한 저항하는 방정식을 특징으로 수
| (3.1) |
어디에 
, 상수 저항 매개 변수 (옴)이라고합니다 
저항 (옴)이며, 
그리고, 저항의 온도 
(케이)는 물질 밴드 갭 온도입니다. 가치 
그리고 재료 매개 변수라고합니다 상징이 부여됩니다 
. 온도에 의해 정의됩니다 저항 계수,
| (3.2) |
볼로미터 탐지기의 작업은 그림 3.1에서 그림이 있습니다. 온도 볼로미터 
고정 온도의 히트 싱크에 링크되어 있습니다 
열 전도성으로 
. 직류 바이어스 전류 
볼로미터 흐르는가 전압을 생성 
. 들어오는 방사 전력의 변화 
저항의 변화을 일으키다 
출력 전압 및 그러므로에 
. 전형적인 볼로미터 바이어스 및 판독 불가 회로는 그림 3.2에서 그림입니다.
|
그림 3.2 - 볼로미터 바이어스 회로 및 판독 불가 |
저항기를 통해 흐르는 전류는 전력의 낭비가 발생 
흡수 물질로. 또한, 흡수에 의해 흡수된 복사 에너지의 크기는로 표시됩니다 
. 볼로미터의 소산 총 전력 
따라서 주어집니다
| (3.3) |
정상 상태 조건 하에서 흡수에 의해 흡수 에너지는 열 링크로 히트싱크에 제거됩니다, 이것은 다음과 같은 관계에 의해 주어진다
| (3.4) |
볼로미터에 대한 직류 전압 전류 (6) 곡선은 방정식에 의해 정의됩니다
| (3.5) |
연습에서 볼로미터가 패 연구 저항에 의한 편견은 전지의 전압 V를 0과로드합니다. 부하 저항기의 저항은 일반적으로 많은 자사의 전체 작동 범위 이상 볼로미터의 저항보다 높은 수 있도록 설계되었습니다. 이것은 다소 변하지 않는다 전원이 저항 온도계에 의해 볼로미터의 소산 있도록 안정적인 수준에서 볼로미터를 통해 현재의 통과를 유지하는 것입니다.
볼로미터의 운영 요점은 다음, 부하 곡선과 방정식에 의해 결정로드 라인의 교차로에서 제공됩니다
| (3.6) |
내가 IDL로에서 생산되는 시뮬레이션 프로그램의 결과에서 전형적인 VI 곡선과 부하 선 보여주는 그래프는 그림 3.3에 주어집니다.
|
그림 3.3 - 꾸몄다 이상의로드 라인으로 여러 VI 곡선의 IDL로 출력 |
그림 3.3에서 볼 수 있듯이, 볼로미터의 저항이 매우 작은 전류에 높습니다. 볼로미터 저항이 감소하고 결국 수준에서 더 높은 전류에서 추가 전원이 흡수 물질로 소산이기 때문에 시작합니다. 방사선 사고가 감지기에 있으면, 흡수체의 소산 능력도 증가합니다. 이것은 VI 곡선 위의 그림과 같이 부수의 효과가 있습니다. 로 [8]에서 파생 흡수체 재료에 소산 전력은,,, 주어집니다
| (3.7) |
어디에 
흡수체의 온도에서 분수 증가를 나타냅니다 어디에 
온도에 흡수되는 재료를 나타냅니다 
. 
다음과 같은 지수 법칙입니다 주어진에서 3 그가 냉장고 온도 (주 -1) 링크를 열 정적 열 전도성입니다
| (3.8) |
어디에 
그리고 주 -1), (정적 열 전도성에 300mK입니다 
그리고 열전도 지수라고합니다. 용어 
그리고 로딩 매개 변수라는 방정식에 의해 주어진다입니다
| (3.9) |
그것은 사건 종단의 방사선이 검출기에있다 VI 곡선의 부수 효과를 일으키는 로딩 매개 변수입니다.
대부분의 물리적 시스템과 마찬가지로 볼로미터의 입력에 즉각적인 변화에 즉각 응답하지 않습니다. 많은 경우에 입력에서 한 단계 변화 감지기의 반응은 출력에서 기하 급수적인 변화이다. 이것은 충전과 RC 회로에서 콘덴서의 방전 비슷합니다.
볼로미터는 흡수기의 열 용량의 단일 에너지 저수지가 있습니다. 따라서 볼로미터은 단일 첫번째 주문 미분 방정식을 사용하여 모델링할 수 있으며, 이것은 또한 볼로미터는 메모리 효과에서 고통을하지 않는 것을 의미합니다. 응답 따라서 일정한 시간을 특징으로 수 
어떤이 볼로미터 들어, 방정식에 의해 주어집니다
| (3.10) |
어디에 
)입니다 흡수체 열용량 (JK -1. 정적 열 전도성 
의 가치와 관련된 
로 3 그는 냉장고 온도에서,
| (3.11) |
방사선 사고가 소량으로 자사의 온도를 증가 감지기에있는 경우, 이것은 흡수 열 용량과 열 전도성 링크 영향을 미칩니다. 증가 온도에서 흡수체 열용량는 알려진 값으로 관련 
300mK에 의해
| (3.12) |
어디에 
열용량 지수입니다. 방정식 (3.2)에서 다시 생기고, 온도 저항 계수 같이 다시 작성할 수 위의 정의된 용어를 사용,
| (3.13) |
어디에 
방정식의 저항 - 온도 관계 (3.1)에서 전원 법 인덱스입니다. 우리가 보여 
반도체 볼로미터을 위해 부정적이다. 이것의 가치로 연결됩니다 
이것은 그 방정식 (3.10)에 의해 설명보다 작습니다. 이것은 [9]에 설명되어있는 electrothermal 의견에 의한 것입니다. 우리는 새로운 용어를 정의 
어떤의 가치입니다 
electrothermal 의견에 대한 수정과,
| (3.14) |
이 새로운 값은 값을 정의할 수있게 해준다 
이것은 또, electrothermal 의견에 대한 수정을 포함
| (3.15) |
온도 저항기는 전압에 의해 편견이므로 
흡수에 소산 전력이 준 수 
. 사건 종단 신호의 증가는 열 저항의 온도를 증가되므로 또한 저항을 증가, 차례로 이것은 소산 능력 감소의 원인이됩니다. 저항기는 곡선의 가파른 부분에서 행동 경우 흡수기에서 소산 다음 총 전력, 같은 것입니다 그것의 온도를 지속적으로 유지됩니다. 이 시스템은 제외 electrothermal 피드백을하는 데라고합니다. 이것은 시간의 지속적인 감소의 이점을 가지고 
열 시간이 아니라 상수 (3.10)에 주어진.
Responsivity
Responsivity는 볼로미터의 온도 변화에 상응하는 사고 능력의 변화에 대한 출력 전압의 변화로 정의됩니다. 볼로미터의 전압 responsivity는로 정의됩니다
| (3.16) |
및 운영 지점의 함수로 다릅니다. 감지기의 신호가 변조된 경우 변조 주파수는 감지기가 권력의 변화에 응답할 수 있도록 충분히 낮은해야합니다. 이것은, 그 표시됩니다
| (3.17) |
어디에 
변조의 주파수. 제로 주파수 (직류) responsivity는 표현을 사용하여 부하 곡선에서 직접 평가할 수있다
| (3.18) |
어디에있는 제로 주파수를 동적 임피던스 
(옴) 볼로미터의 
운영 시점에서. 
에 의해 주어를 볼 수 있습니다
| (3.19) |
볼로미터의 시간 응답
bolometers의 대부분을 VI 곡선의 모양은 배경 전력 레벨에 의해 지배됩니다. 작은 추가적인 신호가 볼로미터에 적용하면 VI 곡선의 출발은 크지 않을 수로 간주 할 수 있습니다. 이것은 작은 신호 근사치로 알려져 있습니다. 작은 신호 한도 IE에서 소스를 어디로 
배경 볼로미터 전압의 변화에 의해 주어진다 수있는 사건 방사 전력의 변화로 인해,
| (3.20) |
출력 전압의 변화는, 즉시 RC 회로와 함께 다음 두 방정식 중 하나에 의해 모델링 될 수 응답을 볼로미터를 비교하여 발생하지 않습니다
| (3.21) |
이러한 방정식 (다음 양식을 가지고 해본 언제 어디로 
및 
)
|
그림 3.4 - 시간에 대한 V의 음모 긍정적이고 부정적인 브이 |
큰 신호가 고려하면, VI 곡선에서 출발이 더 이상 무시할 수 있습니다. 따라서 사건 전력의 변화로 인해 출력 전압의 변화가 responsivity를 이제는 볼로미터의 운영 지점 전압의 변화에 의해 주어진다 적용하여 계산하실 수 없습니다. 최종 VI 곡선의 초기부터 이동 있음, 시간이 시스템의 지속적인 운영 지점의 함수로 다릅니다. 따라서 볼로미터는 더 이상 지속적인 장치를 한 시간 간단한 RC 회로 응답 방정식을 적용하여 모델링할 수 없습니다.
|
그림 3.5 - 바이 큰 신호 변화 곡선 |
소음 동등한 파워
어떤 볼로미터에 매우 중요 소음 같습니다 전원 또는 NEP입니다. NEP는 루트는 루트를 동등하게하는 데 필요한 제곱 신호 강도가 검출기 노이즈의 광장 뜻 뜻이다. 가장 신호는 - 볼로미터하여 노이즈 비율 달성하기 위해, 방정식에 의해 주어집니다
| (3.22) |
일반적으로, NEP는 단위를하고있다 
.
광자 잡음과 웨이브 잡음 샷
우리는 빛과 빛이 임의의 또는 uncorrelated 방식으로 감지기에 도착할 것으로 실현의 입자 그림을 고려한다면, 우리는 광자 주사 소음을 정의할 수 있습니다. 광자 주사 노이즈가 높은 주파수 (빛의 광자의 사진이 가장 적합한 위치)에서하지만 낮은 주파수에서 빛의 파도 그림 정당한은 더 적절한 그러므로 우리가 다른 용어는 파도 소리를 정의할 수 있습니다.
Bose - 아인슈타인 통계의 응용 프로그램과 검출의 배경은 우리가 루트 제 시간에 도착 광자의 수가 제곱 변동 뜻을 발견 흑체의 형태이라고 가정하면 , 주파수 간격에 
브이가 주어집니다
| (3.23) |
어디에 
, 
의 배경 = 방사율, 그리고 
배경과 검출기 사이에 = 전체적인 전송 효율. 추가 
용어는 파도 소리에 대한 계정이 걸립니다.
광자 잡음 제한 NEP
최상의 경우, 검출기 및 그 이후의 구성 요소가 광자 주사 노이즈 이외에 추가적인 신호에 노이즈 무시할 금액을 추가합니다. 따라서 광자 노이즈,이 궁극적인 한계 NEP 제한된 광자 잡음이라고 볼로미터 측정의 감도를 제한 
. 이것은, 방정식에 의해 주어집니다
| (3.24) |
광자 탐지기 효율
이것은 완벽한 감지기를 사용하는 것으로 가정으로 실제로는 광자의 소음을 제한의 / 없음 얻을 수 없습니다. 진짜 감지기는 사실에 수술에 차이가
- 진짜 감지기가 모든 광자에 응답하지 않을 수 있습니다
- 감지기와 전자는 추가적인 소음을 생산
두 매개 변수는 순서 탐지 시스템에 결함 계정 이들을 고려하기 위해 정의되며 이것은 응답 퀀텀 효율성과 형사 양자 효율을하고 있습니다.
응답의 양자 효율 (또는 RQE 
)
RQE 또는 광자의 불완전한 흡수에 대한 계정이 그리고 확실히, 그 신호에 기여 입사 광자의 분율로 정의됩니다 
.
형사 양자 효율 (DQE)
| (3.25) |
DQE 최대 원칙적으로 달성의 실제 민감도의 비율입니다. 매개 변수는 모두 흡수 효율과 계정에 감지기에서 발생하는 여분의 소음을지지 않습니다. 이 매개 변수는 따라서 서로 감지기의 종류를 비교하는 데 사용할 수 있습니다.
연습에서는 바이어스 전압은 주문 각각의 감지기에 대한 피크 DQE를 얻기 위해 선택됩니다. 뾰족 탑의 경우, 그것은 감지기의 그룹임을 공유하는 그룹에 대한 최적의 DQE를 얻을 조정할 수있는 공통의 바이어스 전압.
소음의 다른 소스
존슨 잡음
재료 유한 온도가 있기 때문에 어떤 전도 자료의 어떤 부분 내에서 전자는 임의의 열 움직임이 있습니다. bolometric 검출기 및 그 구성 요소는 - 또는로 간주 될 수 - 각 끝에 전기 접촉과 저항. 긍정적이고 부정적인 변동이 동등하게 확률 때문에 저항의 전압에 대해 제로 볼트 임의로 변동될 것이다 연락처를 가로질러 아니 전기 가능성이있다면,이입니다. 컴포넌트 내의 잡음 전력 그러나 그것은 항상 긍정적 변동 전압 제곱 즉에 비례합니다. 이것은 존슨이나 Nyquist 노이즈라고합니다.
| (3.26) |
존슨 잡음의 주파수 스펙트럼은 주파수 독립 평면 즉,이다. 이것은 아무 주파수 의존성있다 위의 방정식에서 볼 수 있습니다. 소음은 평면 스펙트럼과 백색 소음이라고합니다.
Phonon 소음
지금까지 우리는 우리가 지금처럼 phonons의 양식 (격자 진동 quantised)에 quantised 방열판으로 열의 흐름을 고려, 광자와 전자에서 생성된 잡음으로 간주합니다. 이것은 볼로미터의 온도의 임의의 변화로 연결됩니다. phonon 잡음 NEP, 
이다,
| (3.27) |
온도 잡음
온도 소음은 히트 싱크가 일정한 온도에서 아니라고하고 시간이지나면서 약간 다릅니다는 사실 때문에 발생합니다. 온도 소음 NEP, 
이다
| (3.28) |
어디에 
2) Hz로 -1 케이 (싱크대 열입니다 스펙트럼 강도의 변동에있는 온도.
1 / f를 잡음
원인은 자주는 아니지만 잘 이해하고 있지만 소음이 소스는, 아주 실용적 응용 프로그램에 중요합니다. 대부분의 장치, 소음의 큰 수준 낮은 주파수에서 발견된다.
|
그림 3.6-1 / f를 잡음 |
Minimising 소음
소음과 굴욕적인 방식으로 결과에 영향을 따라서 우리가 미치는 영향을 줄이기 위해 몇 가지 기법 (순서대로 사용합니다.
- 가능한 한 작게 게시물 검색 대역폭을 확인
- 이산 주파수 간섭 원본과 일치되는 (또는 주파수 대역) 측정 신호를 피하기 위해 시도
- 보장은 신호 주파수 (또는 주파수 대역) 충분히 소음의 상당 금액의 영향을받지 않는 높은 있는지 확인합니다.
로 인해 
소음은 지속적인 관찰의 오랜 기간 동안 소스를 관찰하는 것은 불가능합니다, 이것은 매우 낮은 주파수에서 작동 포함 안 어디에 
소음이 중요한 것입니다. 방지하는 데 사용되는 하나의 기술 
노이즈가 충분히 그 높은 주파수 신호를 조절합니다 
상당한 더 이상이다. 변조 주파수는, 그러나 너무 높은 수 없다는 신호의 손실에있는 감지기의 주파수 응답 결과입니다. 변조 기술에 대한 장점은 소스 신호 및 배경 신호 사이의 전환에 의해 신호에서 배경을 빼기 위해 사용될 수있다는 점입니다, 이것은 전나무 / 서브 mm 관측에 â € ~ choppingâ € ™로 알려져 있습니다.
시스템의 전체 소음은 앞에서 설명한 현재 모든 개별 노이즈 소스의 조합이 될 것입니다. 우리는 잡음 소스 모두 하나의 값을 다른 의존하지 않습니다 uncorrelated 즉 있다고 가정합니다. 그들은 서로를 취소할 수 있습니다 때로는 잡음 원으로 그러므로 우리가 뿌리를 받아, 소음의 단계 고려 않았 일반적으로 소음 (RMS 값)의 제곱을 의미 추가 uncorrelated 표시됩니다.
| (3.29) |
어디에 
기부 (VHz -1 / 2)에서 각각의 잡음 스펙트럼 밀도 전압 잡음.
전반적인 소음 NEP
그것은 다음과 같은 방식, 0.5 초의 통합 시간에 1의 / N을주는 신호 전력의 NEP를 정의할 수 있습니다. 우리가 허락한다면 
= 탐지기 responsivity (폭스바겐 -1), 
감지기 (승) 및 = 전자기 파워 사건, 
= 총 잡음 전압 스펙트럼 밀도는 신호 전압, 쓸 수
| (3.30) |
| (3.31) |
NEP의 정의,면으로 
다음 신호 전압 
. 따라서 우리는, 노이즈 전압 스펙트럼 밀도와 responsivity 측면에서 NEP에 대한 방정식을 얻을
| (3.32) |
NEP의 단위 조건을 2 / 정상적으로 주어진대로 WHz -1 / 2, Hz에서 -1 시간 통합 말합에 게시물 탐지의 역수 대역폭이나.
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정 장난감 존슨 그림 ...
뭔가 완전히 다른 용 봤거든하지만 페이지를 ... 발견하고 고맙다고 말씀했습니다. 좋은 읽었는데 ....
잘 스티븐 다. 뭔가 아주 기억하는 것이 중요 모두가 기초의 기초를 기반으로 고급 전문 주제를 추구하기 전에 기본을 이해하는 좋은 소개 참조를 필요로합니다. 기본 사항의 이해는 대부분의 사람들은 성공하기 위해 충분하다.
웹페이지 우수 입문 참조입니다. 자신의 경력 경로 단서 경우 bolometers의 고급 미묘 더 연구하고 결국 게시, 제발 유지하고 잘 첫 타이머에 대한 입문 자료로 제공하기 위해 같은 작품이 현재의 시체를 게시할 수 있습니다. 내가 정에 동의합니다. 볼로미터 이론에 대한 귀하의 웹페이지에 좋은 읽을 수 있습니다.
일본
난 당신의 설교는 가장 볼로미터 매개 변수 및 특성의 이해를 개발하는 데 도움이 없습니다. 저는 전기 공학의 4 학기 학생을 오전 현재 microbolometer 관련된 프로젝트에 종사입니다. 당신은 관련 문헌을 게시할 수있다면 이러한 점에서 나는 greteful 것입니다.
내가 볼로미터 대해서는 아무것도 모르기 때문에 그것은 나의 연구 부분에 아주 유용 예멘 아랍 공화국의 lucture을 발견. 하지만 난 여전히 귀하의 웹페이지에있는 그림을보고 문제가 있습니다. 어떻게해야합니까? 난 당신 pdf.file을 다운로드하려고하지만 그것도 작동하지 않습니다.
몇 가지 제안을주는 것을 주저하지 마십시오. 내 이메일 : jiku_jung9@hotmail.com
난 당신의 웹사이트를 복사하려면 그리지만, 진정한 모습을 사랑 해요. 당신은 어떤 테마를 사용하는 좀 알려주 시겠어요? 아니면 만든 사용자 지정 되었습니까?
테마는이 페이지 (바닥글에)의 하단에 연결되어 있습니다.
이미지와 PDF로이 문제에 대한 미안하다, 회복
친애하는 스티븐
난 당신의 강의 정말 유용 찾았지만 사진을 볼 수 없다거나 PDF 파일을 찾습니다.
당신은 내가 어떻게 shoud 뭘 좀 도와 주시겠어요?
친구 앞으로의 편지에서 씀
친애하는 스티븐
당신의 멋진 강의 주셔서 대단히 감사합니다,하지만 난 "IDL로 사용하여 시뮬레이션 첨탑을"을 다운로드할 수 없습니다, 당신은 내게 보내 줄래? 미리 감사드립니다.
이메일 : lhfsemail@gmail.com
당신이 나에게 메일을 보내주십시오 수 없습니다. 난 정말 당신의 디자인을 좋아.