Bolometer teorija

Iki Steven Lloyd Watkin , pirmadienis birželis 18, 2007 15:55

Kas toks yra mano galutinis metų ataskaita dėl skyriaus "imitacija SPIRE naudojant INM". Kai tiriant projekto radau sunku rasti tam įvadą Bolometer teorija, todėl aš nusprendė įdėti savo versiją internete. Taip pat galite peržiūrėti kontekste skyriuje visiška parsisiuntimas mano ketvirtoji ataskaita ataskaita: imitacija SPIRE naudojant IDL .

  • Pagrindiniai principai
  • Laiko konstanta
  • Responsivity
  • Laikas atsakas Bolometer
  • Ekvivalentinis triukšmo galios
    • Fotono Shot Triukšmas ir bangų triukšmą
    • Fotono Triukšmo Limited AKP
  • Fotono detektorius efektyvumo
  • Kiti triukšmo šaltiniai,
  • Sumažinimas triukšmo
  • Papildymas Triukšmo sąlygos
  • Bendrą triukšmo ir NEP

Pagrindiniai principai

Bolometer yra įtaisas, kuris aptinka gaunamų radiacijos gaminant elektros varžos pokytį proporcingas spinduliuotės received. Priimamojo spinduliuotės kiekį sugeria Bolometer kuris sukelia jo temperatūros padidėjimas, kuris savo ruožtu sukelia jos elektrinė varža keisti .

Pagrindiniai bruožai Bolometer yra keičiamas taip:

3.1 paveiksle - diagrama Bolometric detektorius

Bolometer pati sudaro absorberis medžiagos, susijusios su šilumos šalintuvo fiksuoto temperature. Priimamojo elektromagnetinių (EM), spindulių sugeria medžiaga vis kinetinė energija nemokama electrons. laisvųjų elektronų susidūrimų su atomais medžiagos sukelti grotelės vibracijos, būtų laikomasi, kaip kinta temperatūra.

Tipinis medžiagos termometras yra puslaidininkiai, pavyzdžiui, su priedais, germanium. tokių esminių pakeitimų varža pastebimai mažų pokyčių temperatūros ir gali būti apibūdinamas lygtimi,

(3.1)

kur yra konstanta, vadinama atsparumą parametras (Om), yra atsparumas (Ohms), yra rezistorius temperatūrą, ir (K) yra medžiaga, juostos temperatūros. Vertė vadinamas medžiagos parametras, ir yra išreiškiamas simbolis . Temperatūros pasipriešinimo koeficientas yra apibrėžiamas,

(3.2)

Iš Bolometer detektoriumi operacijos yra parodyta 3.1 pav. Temperatūroje Bolometer yra susijusi su šilumos šalintuvo fiksuoto temperatūra pagal šilumos laidumas . Dc įstrižinės srovė teka Bolometer kuriančio įtampos . Pokyčiai gaunamus spinduliuotės galios sukelti pokyčių atsparumas , Ir todėl išėjimo įtampa . Tipiškas Bolometer poslinkis ir skaitymo grandinė pavaizduota 3.2 paveiksle.

3.2 paveiksle - Bolometer poslinkis ir skaitymo grandinė

Dabartinė kuri teka per rezistorius sukelia energijos eikvojimo į slopintuvą. Be to, spinduliavimo energijos kiekis, absorbuotas dėl absorberis žymimas . Bendra galia išsisklaido į Bolometer Todėl pateiktas,

(3.3)

Stabilios būsenos sąlygomis absorbuota energija absorberis bus pašalintas HEATSINK iš šiluminio nuorodą, tai yra apskaičiuojamas pagal tokią priklausomybę,

(3.4)

Nuolatinės srovės įtampai, srovei (VI) kreivė Bolometer apibrėžiama lygtis,

(3.5)

Praktiškai Bolometer yra šališkas įtampos akumuliatorius V 0 ir apkrovos varžos R L. Iš apkrovos varža varža paprastai skirtas daug didesnis, nei per visą jo eksploatavimo sąlygų diapazoną Bolometer pasipriešinimą. Tai būtų išlaikyta dabartinė kertančios Bolometer stabilus lygiu, kad galia išsisklaido į kurią varžinio termometro Bolometer lieka šiek tiek pastovi.

Veiklos vieta Bolometer tada duotas apkrovos kreivės ir apkrovos linija, nustatoma pagal lygtį sankirtoje,

(3.6)

Grafiką, kuris rodytų tipiškas VI kreivė ir apkrovos linija nuo rezultatų modeliavimo programa, kad aš pagaminti INM yra pateikta 3.3 paveiksle.

3.3 paveiksle - INM išėjimo iš kelių VI kreives, kurių apkrovos linija per atidedamos

Kaip matyti iš 3.3 paveiksle, iš Bolometer atsparumas yra neįtikėtinai didelis mažų srovių. Bolometer atsparumas pradeda mažėti, o galiausiai lygių ne didesnės srovės, nes papildomi galios išsklaido į slopintuvą. Jeigu spinduliuotė yra incidentas, detektorius, maitinimo, išsisklaidžiusi absorberis, taip pat didės. Tai iš squashing VI kreivė, kaip parodyta diagramoje aukščiau poveikį. Elektros energijos, išsisklaidžiusi absorberio medžiagų, kurios buvo išvestos iš [8], yra apskaičiuojamas pagal formulę,

(3.7)

kur yra akimirkinis padidėjo absorberio temperatūra, kai sudaro absorberis medžiagos ir esant temperatūrai . yra statinis šiluminis laidumas šilumos nuorodą 3 Jis šaldytuvo temperatūra (WK -1), kuris apskaičiuojamas pagal tokią galią teisę,

(3.8)

kur yra statinis šiluminis laidumas prie 300mK (WK -1), ir ir yra vadinamas šiluminio laidumo indeksas. Terminas yra vadinamas apkrovos parametro, ir yra išreiškiamas lygtimi,

(3.9)

Tai pakrovimo parametras, kuris sukelia squashing poveikis VI kreivė, kai yra incidentas EM spinduliuotės detektorius.

Laiko konstanta

Kaip ir su dauguma fizinių sistemų Bolometer neatsako akimirksniu trumpąją pakeisti savo žaliavas. Daugeliu atvejų Detektoriaus atsakas į permainą įėjimas yra eksponentinis pakeisti produkcijos. Tai analogiška apmokestinimo ir iškrovimas kondensatoriaus RC grandinės.

Bolometer turi vieną energijos rezervuaro ir šilumos talpa amortizatorius. Todėl Bolometer gali būti modeliuojama naudojant vieną Pirmosios eilės diferencialinės lygtys, o tai taip pat reiškia, kad Bolometer nenukenčia nuo atminties poveikį. Atsakas gali būti būdinga laiko konstanta kuris už Bolometer yra lygtimi,

(3.10)

kur yra amortizatorius šiluminė talpa (JK -1). Statinio šiluminės laidumas yra susijusi su vertės bent 3 Jis šaldytuvo temperatūra,

(3.11)

Kai spinduliuotės incidentas detektorius jis didina jos temperatūrą nedidelis kiekis, tai įtakoja amortizatoriai šiluminė talpa ir šiluminis nuorodos laidumas. Absorberio šilumos pajėgumus padidino temperatūra yra susijusi su žinoma vertė ne 300mK pagal,

(3.12)

kur yra šiluminė talpa indeksas. Žvelgiant atgal į lygtį (3.2) ir vartojant terminus, apibrėžti pirmiau, temperatūros pasipriešinimo koeficientas gali būti perrašyta taip,

(3.13)

kur yra galios teisės indeksu nuo varžos temperatūrinę atžvilgiu lygtyje (3.1). Matome, kad yra neigiamas, puslaidininkių Bolometer. Tai veda prie vertės kuris yra mažesnis, negu aprašyta pagal lygtį (3.10). Taip yra dėl to elektroterminės grįžtamasis ryšys, kuris yra aprašytas [9]. Mes nustatome naują terminą kuri vertė su už elektroterminės atsiliepimus korekcija,

(3.14)

Ši nauja vertė leidžia mums apibrėžti vertė kuri vėl yra už elektroterminės atsiliepimus korekcija,

(3.15)

Kadangi terminiai rezistorius yra šališkas įtampos elektros energijos išsisklaido į amortizatorius galima pateikti . Į incidento EM signalas padidinti padidins šilumos varžą temperatūros ir todėl taip pat padidinti jos atsparumą, o tai savo ruožtu sukels sumažėjo išsklaido galią. Jei rezistorius veikia kietas dalį savo kreivės bendra galia išsisklaido į absorberio išliks pastovios, kaip bus jos temperatūrą. Ši sistema yra nurodytos kaip turinčios neigiamą elektroterminės atsiliepimus. Tai sumažina laiko konstanta į naudą terminio laiko konstanta, kaip nurodyta (3.10).

Responsivity

Responsivity yra apibrėžiamas kaip išėjimo įtampos pokytis per incidentą pakeisti valdžią, kuri Bolometer yra lygi į temperatūros pokyčius. Įtampos responsivity iš Bolometer yra apibrėžiama kaip,

(3.16)

ir kinta nuo darbo taško funkcija. Jei į detektorių signalas moduliuojamas moduliacijos dažnis turi būti pakankamai mažas, kad detektorius gali reaguoti į elektros energijos kaita. Tai rodo, kad,

(3.17)

kur dažnio moduliavimo. Nulinį dažnį (dc) responsivity galima įvertinti tiesiogiai iš apkrovos kreive, naudojant išraišką,

(3.18)

kur yra nulinis dažnis dinaminis varža (Ohms) iš Bolometer ne darbo taškas. gali būti įrodyta, kurias,

(3.19)

Laikas atsakas Bolometer

Dėl bolometers dauguma iš VI kreivės formą dominuoja fono galios lygis. Kai mažas papildomas signalas yra taikomas Bolometer nuo VI kreivė išvykimo įstaiga, gali būti laikomas nereikšmingu. Tai vadinama mažo signalo, suderinimo. Iš mažo signalo ribą, ty kai šaltinis fono į Bolometer įtampos kitimo, susijusio su į incidento spinduliuotės galios pokytis gali būti apskaičiuojamas pagal,

(3.20)

Į išėjimo įtampos pokytis neįvyks akimirksniu ir lyginant Bolometer su RC grandinės reakcija gali būti modeliuojami arba šių dviejų lygtis,

(3.21)

Kai atidedamos šios lygtys yra tokios formos (kai ir ),

3.4 paveiksle - Sklypai V prieš Laikas teigiamas ir neigiamas V

Kai daug signalų yra laikomi, nuo VI kreivė išvykimo nebėra nereikšmingas. Todėl į išėjimo įtampos kitimo, susijusio su į incidento pakeisti valdžią negali būti apskaičiuojamos taikant responsivity dabar teikiama pagal eksploatavimo punktas įtampai Bolometer kaita. Pereiti nuo pradinio iki galutinio VI kreivė, laiko konstanta sistemos skiriasi kaip operacinės taško funkcija. Todėl Bolometer nebėra vieno laiko konstanta prietaiso ir negali būti modeliuojama taikant paprastas RC grandinės reakcija lygtis.

3.5 pav - VI kreives Didelio signalo pokytis

Ekvivalentinis triukšmo galios

Labai svarbu, bet Bolometer yra Ekvivalentinis triukšmo galios arba AKP. AKP yra vidutinė kvadratinė signalo stiprumas turi vienodą vidutinę kvadratinio iš detektoriaus triukšmo. Geriausias signalo ir triukšmo santykis pasiekiamas iki Bolometer yra lygtimi,

(3.22)

Apskritai, AKP turi vienetai .

Fotono Shot Triukšmas ir bangų triukšmą

Jei manome, dalelių vaizdą šviesos ir suvokti, kad šviesos atvyks į atsitiktinai arba nekoreliuotų būdas detektorius, galime nustatyti fotono kulka triukšmo. Fotono kulka triukšmo, yra pateisinama aukšto dažnio (kai fotono vaizdą šviesos labiausiai tinka), tačiau tuo žemesnius dažnius bangos vaizdą šviesa yra tinkama ir todėl mes nustatome ir kitą terminą bangų triukšmą.

Pareiškimu, Bose-Einšteino statistika ir darant prielaidą, kad aptikimo fone yra iš juodų forma matome, kad vidutinė kvadratinė svyravimai fotonų skaičius, atvykstančių į kartą , Dažnių intervalas V yra pateiktas,

(3.23)

kur , = Spinduliavimo fono, ir = Bendras perdavimo efektyvumą tarp fono ir detektoriaus. Papildomos terminas, atsižvelgia bangų triukšmą.

Fotono Triukšmo Limited AKP

Geriausiu atveju, detektoriaus ir vėlesnius komponentai bus įtraukti nedidelis kiekis papildomų triukšmo, be fotonų kulka triukšmo signalas. Todėl, fotonas riedmens keliamo triukšmo ribos ir Bolometer matavimo jautrumas, tai ribinė vadinamas fotonų triukšmas ribotas AKP, . Tai lygtimi,

(3.24)

Fotono detektorius efektyvumo

Praktiškai neįmanoma gauti fotonų triukšmas ribotas S / N, kaip tai siūlo, kad puikus detektorius yra naudojamas. Nekilnojamasis detektoriai skiriasi operacijos faktas, kad

  • nekilnojamojo detektorius negali atsakyti į kiekvieną fotonų
  • detektoriumi ir jo elektronika gaminti papildomus triukšmo

Du parametrai yra apibrėžtos, kad būtų atsižvelgta į šių trūkumų aptikimo sistema; šie Patvirtinantys kvantinio našumo ir Detektoriaus kvantinio našumo.

Patvirtinantys kvantinio našumo (RQE arba )

RQE arba sąskaitų netobulas absorbcijos fotonai ir yra apibrėžiama kaip incidentas fotonų frakcija, kuri prisideda prie signalo, be abejo, .

Detektoriaus kvantinio našumo (DQE)

(3.25)

DQE yra tikrasis jautrumas didžiausią įmanomą iš principo santykis. Parametras trunka tiek absorbcijos efektyvumas ir jokių papildomų triukšmo sukurtas į detektorių. Šis parametras gali būti naudojamas palyginti skirtingų tipų detektorius vieni su kitais.

Praktiškai šališkumo įtampa yra pasirenkami, siekiant gauti didžiausios DQE kiekvienam detektorių. Atsižvelgiant į SPIRE atveju, tai yra grupės detektoriai, kad dalis bendrosios šališkumo įtampa, kuri gali būti pakoreguotas siekiant sužinoti optimalų DQE grupei.

Kiti triukšmo šaltiniai,

Johnson Triukšmas

Per bet kokio izoliuojančios medžiagos gabalas elektronai turi atsitiktine šilumos pasiūlymai nes medžiaga turi baigtinį temperatūros. Bolometric detektoriumi ir jo sudedamosios dalys yra - arba gali būti laikomas - su elektros kontakto kiekviename gale rezistorius. Jei nėra elektros potencialą visoje kontaktai į rezistorius įtampos svyruos atsitiktinai apie nulį voltai, tai yra, nes teigiami ir neigiami svyravimai yra vienodai tikėtini. Triukšmo galia per komponentas yra vis dėlto proporcinga svyravimų įtampą, pakeltą kvadratu, ty ji visada teigiama. Tai vadinama Johnson arba Naikvisto triukšmas.

Johnson triukšmo AKP, Yra,

(3.26)

Dažnių spektro Johnson triukšmas yra plokščias, ty jis yra dažnis nepriklausomi. Tai galima matyti iš pirmiau lygtis, kurioje nėra dažnio priklausomybė. Triukšmo su plokščiu spektras vadinamas baltas triukšmas.

Phonon Triukšmas

Iki šiol mes apsvarstėme triukšmo sukurtas iš fotonų ir elektronų, mes dabar apsvarstyti šilumos srauto į šilumos šalintuvo kaip kvantuotas į fononų forma (kvantuotas grotelės vibracija). Tai veda prie atsitiktinių svyravimų Bolometer temperatūros. Fononų triukšmo AKP, Yra,

(3.27)

Temperatūra Triukšmas

Temperatūra triukšmas, kurį sukelia tai, kad šilumos šalintuvo nėra pastovios temperatūros ir šiek tiek skiriasi laikui bėgant. Temperatūra triukšmo AKP, yra,

(3.28)

kur yra spektrinis intensyvumas svyravimo) temperatūra šilumos šalintuvo (K 2 Hz -1.

1 / f triukšmo

Tai yra triukšmo šaltinis yra labai svarbus ir praktinio pritaikymo, nors priežastys yra dažnai nėra labai gerai suprantama. Dėl daugelio prietaisų, didelis triukšmo lygis yra nustatyta, kad mažų dažnių.

3.6 pav - 1 / f triukšmo

Sumažinimas triukšmo

Triukšmas turi įtakos rezultatų žeminančio mada ir todėl mes pasitelkiame keletą metodų (siekiant sumažinti jos poveikį.

  • Padaryti paštu aptikimo pralaidumo kuo mažesnis
  • Stenkitės vengti matavimo signalai (arba dažnių juosta), kurie sutampa su diskrečiųjų dažnio trikdžių šaltinius
  • Užtikrinti, kad signalo dažnio (arba dažnių juostoje) yra pakankamai didelis, kad negali būti įtakojami didelių sumų triukšmo.

Dėl triukšmo neįmanoma laikytis ilgą laiką nuolat stebėti šaltinį, o tai reikštų darbo labai žemais dažniais, kai triukšmas būtų didelis. Vienas iš metodų naudojamas, siekiant išvengti triukšmas turi moduliuoti su dažnio signalas, kuris yra pakankamai didelis, kad nebėra reikšmingas. Moduliavimo dažnis negali, tačiau gali būti toks didelis, kad detektoriai dažninė sąlygoja signalo praradimas. Dar vienas pranašumas, kad moduliacijos būdui, kad ji gali būti naudojama atimti iš signalo fonas, perjungiant tarp šaltinio signalo ir fono signalą; tai vadinama â € ~ choppingâ € ™ į FIR / sub-mm pastabas.

Papildymas Triukšmo sąlygos

Bendras triukšmo sistema bus visų atskirų triukšmo šaltinių derinio metu, kaip aprašyta anksčiau. Manome, kad visi triukšmo šaltiniai yra nekoreliuotų ty viena vertė nepriklauso nuo kitų. Kaip jie nekoreliuotų įtraukdami juos paprastai nebūtų atsižvelgiama į apsaugos nuo triukšmo etapai, todėl mes kvadratinio vidurkio nuo triukšmo (kvadratinio vidurkio vertė), kaip kartais triukšmo šaltinių gali atšaukti viena kitą.

(3.29)

kur yra triukšmo įtampos spektrinis tankis (VHz -1 / 2) iš kiekvienos triukšmo įmokas.

Bendrą triukšmo ir NEP

Tai galima apibrėžti NEP tokiu būdu, signalo galia, kuri suteikia S / N 1 iš integravimo laikas yra 0,5 sekundės. Jei mes leidžiame = Detektorius responsivity (VW -1), = Elektromagnetinės energijos incidentas detektoriaus (W), = Bendras triukšmo įtampos spektrinis tankis, signalo įtampa gali būti parašyta,

(3.30)

Triukšmo įtampa bus pateiktas,

(3.31)

Iki NEP apibrėžimą, jei tada signalas įtampa . Todėl mes gauname už NEP lygtis pagal triukšmo įtampos spektrinio tankio ir responsivity,

(3.32)

AKP vienetų paprastai vartojami kaip WHz -1 / 2, Hz -1 / 2 požiūriu nurodo paštu aptikimo dažnių arba laiko Žymėti integracijos.

10 Responses to "Bolometer teorija"

  1. Ki Žaislų Johnson Nuotraukos ...

    Aš googled kažką visiškai skirtingos, tačiau nustatėme, kad jūsų puslapis ... ir turiu pasakyti ačiū. gražus skaityti ....

  2. Jonas sako:

    Well done Steven. Kažkas labai svarbu nepamiršti, kad kiekvienas turi gerai įžanginė nuoroda suprasti pagrindai prieš siekiančių Išplėstinė specialybės temos remiantis pagrindų pagrindas. Iš pagrindų supratimas yra pakankamai daugumai žmonių yra sėkmingos.
    Jūsų interneto svetainė yra puikus įžanginė nuoroda. Jei jūsų karjeros kelias veda Jus į mokslinius tyrimus daugiau pažangių subtilybes bolometers ir jūs galų gale paskelbia, prašome išsaugoti ir skelbti ir šį kūno darbą, taip pat tarnauti kaip įvadinė medžiaga debiutantus. Aš sutinku su Ki. Jūsų tinklalapį Bolometer teorija yra gera skaityti.
    J

  3. Koralina sako:

    Radau jūsų paskaita labiausiai naudinga plėtoti Bolometer parametrai ir charakteristikos supratimą. Esu 4 semestras studentų elektros inžinerijos ir esu šiuo metu užsiima projektas, kuriame dalyvauja Mikrobolometro. Šiuo atžvilgiu aš būsiu greteful jei norite rašyti atitinkamą literatūrą.

  4. jiku sako:

    Radau yr lucture tai labai naudinga mano mokslinių tyrimų dalis, nes aš nieko nežinau apie Bolometer. Bet aš vis dar turite problemų pamatyti savo tinklalapį nuotrauką. Ką turėčiau daryti? Aš pabandyti parsisiųsti pdf.file bet jis neveikia taip pat.
    Prašome nedvejodami pateikti keletą pasiūlymų. Mano e-mail: jiku_jung9@hotmail.com

  5. lova sako:

    Nesakau, kad norite kopijuoti savo svetainę, bet aš tikrai myliu išvaizdą. Ar galite pasakyti, kuri tema naudojatės? O gal tai buvo pagal užsakymą pagamintas?

  6. Tema yra susijusi su šio puslapio (į apačią) apačioje.

  7. Nuotraukos ir PDF atstatyta, atsiprašau už problemas

  8. H. Azari sako:

    brangusis steven
    Radau jūsų paskaita tiek naudingi, bet aš negaliu pamatyti nuotraukas ar rasti pdf.
    Ar galite padėti man, ką man shoud daryti?
    Nuoširdžiai Jūsų

  9. Windboy sako:

    Gerbiami steven
    Labai ačiū už jūsų nuostabią paskaitą, bet aš negaliu atsisiųsti "imitacija SPIRE naudojant INM", Ar galite atsiųsti jį man? Ačiū iš anksto.
    Paštas: lhfsemail@gmail.com

  10. Tonldan sako:

    Ar galite atsiųsti man el. Man tikrai patinka jūsų dizainą.

Leave a Reply













"Panorama" tema, padarytais Themocracy

4 lankytojų dabar internete
3 svečių, 1 reklaminių žinučių, 0 nariai
Max Lankytojų šiandien: 14 j., 03:51 UTC
Šį mėnesį: 26 j., 2011/07/05 12:35 UTC
Šiais metais: 130 metu 28-03-2011 22:40 UTC
Visas laikas: 130 metu 28-03-2011 10:40 UTC