, Spektra infrasarkanai daļai teorija

Ar Steven Lloyd Watkin , pirmdien 18 Jūn 2007 15:55

Tālāk seko nodaļa no mana pēdējā gada ziņojums par "Imitē SPIRE izmantojot IDL". Pētot projektu man bija grūti atrast kādu pamata ievadu, spektra infrasarkanai daļai teorijā, tāpēc es nolēmu, lai mana versija tiešsaistē. Jūs varat arī skatīt nodaļu pilnā kontekstā, lejupielādējot mans ceturtais Ziņojums Ziņojums: Imitē SPIRE izmantojot IDL .

  • Pamatprincipi
  • Laika konstante
  • Responsivity
  • Laika reakcija, spektra infrasarkanai daļai
  • Trokšņa ekvivalentas jaudas
    • Fotonu Shot Troksnis un Wave trokšņa
    • Fotonu Troksnis Limited NEP
  • Fotonu detektors Efektivitāte
  • Citi avoti Troksnis
  • Samazināšana Troksnis
  • Pievienojot Trokšņa noteikumi
  • Kopumā Troksnis un NEP

Pamatprincipi

, Spektra infrasarkanai daļai ir ierīce, kura konstatē ienākošo starojumu, veidojot izmaiņas elektrisko pretestību proporcionāli summai radiācijas received. Ienākošais radiācijas absorbē spektra infrasarkanai daļai, kas izraisa palielinātu tās temperatūras, kas savukārt izraisa izmaiņas tā elektriskā pretestība .

Būtiskās iezīmes, spektra infrasarkanai daļai, ir šādi:

3.1.attēls - shēma Bolometric detektora

, Spektra infrasarkanai daļai pati sastāv no absorbējošu materiālu, kas saistītas ar siltuma izlietne uz noteiktu temperature. Ienākošais elektromagnētisko (EM) starojumu absorbē materiāla palielinot kinētisko enerģiju par brīvu electrons. sadursmes brīvajiem elektroniem ar atomu būtisks cēlonis režģi vibrācijas, kas tiek ievēroti temperatūras maiņa.

Tipiski materiāli termometrs pusvadītāji, piemēram, piedevām germanium. pretestību šāds materiāls ievērojami mainās par nelielu ķermeņa temperatūras maiņa, un to var raksturot ar vienādojumu,

(3.1)

ja ir pastāvīga sauc pretestību parametru (Ohms) ir pretestība (Omi), ir temperatūra pretestība, un (K) ir materiāls joslu atšķirību temperatūrā. Vērtības sauc materiāla parametra un, ņemot vērā simbols . Temperatūras pretestības koeficients ir definēts,

(3.2)

Gada, spektra infrasarkanai daļai detektoru darbības ir parādītas 3.1 attēlā. , Spektra infrasarkanai daļai temperatūrā ir saistīts ar siltuma izlietne uz noteiktu temperatūras termiskā vadītspēja . Dc slīpo pašreizējā plūsmu caur spektra infrasarkanai daļai, radot spriegumu . Izmaiņas ienākošo starojuma jauda rada izmaiņas pretestības , Un līdz ar to izejas spriegums . Tipisks, spektra infrasarkanai daļai nobīdes un nolasīšanas shēma ir attēlota 3.2 attēlā.

Attēls 3.2 - spektra infrasarkanai daļai, nobīdes un nolasīšanas shēma

Pašreizējā kas plūst caur rezistoru izraisa jaudas izkliede uz absorbējošu materiālu. Turklāt izstarojošam enerģijas daudzums, ko absorbē absorbera apzīmē ar . Kopējā jauda izkliedēšanās, spektra infrasarkanai daļai Tāpēc, ko,

(3.3)

Kas atbilst vienmērīgas darbības nosacījumiem enerģija, ko absorbē slāpētāju tiks noņemta, lai Heatsink ar siltuma saiti, tas ir, aprēķina pēc šādas attiecības,

(3.4)

Līdzstrāvas spriegumu ilgtermiņa (VI) līkni, spektra infrasarkanai daļai nosaka vienādojumi,

(3.5)

Praksē, spektra infrasarkanai daļai ir neobjektīva ar akumulatoru spriegums V 0 un slodzes izturība R L. Kravas rezistora pretestība parasti ir konstruēts ir daudz augstākas nekā pretestību, spektra infrasarkanai daļai visā tās darbības diapazonā. Tas ir, lai saglabātu pašreizējo caur spektra infrasarkanai daļai, pie stabilā līmenī, lai jaudas izkliedēšanās, spektra infrasarkanai daļai, ko pretestības termometru paliek nedaudz nemainīgs.

Darbības punkts, spektra infrasarkanai daļai tiek dota vietā, kur krustojas slodzes līkni un kravas līnijas, ko nosaka ar vienādojumu,

(3.6)

Diagrammu, kurā parādītas tipiskās VI līkni un kravas līniju no rezultātiem simulācijas programmu, kas man ražots IDL ir dota 3.3.attēlā.

Attēls 3.3 - IDL produkcijas vairāku VI līknes ar kravas līniju pāri vilkta

Kā redzams no 3.3 attēlā, spektra infrasarkanai daļai, pretestība ir neticami augsts mazo strāvu. , Spektra infrasarkanai daļai pretestība sāk samazināties un, iespējams, līmenis off augstākās strāvām, jo ​​papildu enerģiju izkliedē uz absorbējošu materiālu. Ja starojums ir incidents detektors, pilnvaras izkliedēšanās absorberā palielinās arī. Šī sekas ir squashing VI līkni kā parādīts zīmējumā iepriekš. Elektrības izkliedēšanās absorbējošu materiālu, kas iegūts ar [8], ir dota,

(3.7)

ja veido frekvenču temperatūras paaugstināšanai par absorbera, kur ir absorbējošu materiālu, kas ir pie temperatūras . ir statiskā siltuma vadītspējai siltuma saites 3 ​​Viņš ledusskapja temperatūrā (WK -1), ko aprēķina pēc šādām barošanas likumu,

(3.8)

ja ir statisks siltuma vadītspēja ir 300mK (WK -1), un un to sauc siltumvadītspējas indekss. Termins sauc iekraušanas parametru un to apraksta vienādojums,

(3.9)

Tas ir slodzes rādītājs, kas izraisa squashing ietekmi VI līknes, ja ir negadījums EM starojuma iedarbība uz detektoru.

Laika konstante

Kā ar lielāko daļu fizikālām sistēmām, spektra infrasarkanai daļai neatbild uzreiz instant izmaiņas tās izejvielas. Daudzos gadījumos Detektora reakcija uz krasu ievade ir eksponenciāli izmaiņas produkciju. Tas ir analogi maksas un izkraušanas no kondensatora RC ķēdē.

, Spektra infrasarkanai daļai ir viena enerģijas krātuve, jo siltuma kapacitāti absorbera. Tāpēc, spektra infrasarkanai daļai, var modelēt, izmantojot vienu pirmās kārtas diferenciālvienādojumu, tas arī nozīmē, ka spektra infrasarkanai daļai, nav cieš no atmiņas sekas. Reakcija var tikt raksturota ar laika konstanti kas attiecībā uz spektra infrasarkanai daļai, ir dota ar vienādojumu,

(3.10)

ja ir absorbētājs siltuma jauda (JK -1). Statisko siltuma vadītspēja ir saistīts ar vērtību pēc 3 Viņš ledusskapja temperatūru,

(3.11)

Ja starojums ir incidents detektors tā palielina temperatūru ar nelielu summu, tas ietekmē absorbcijas siltuma jaudu un siltuma saites vadītspēju. Absorbētājs siltuma jauda paaugstināta temperatūra ir saistīta ar zināmu vērtību pēc 300mK ar,

(3.12)

ja ir siltuma jaudu indekss. Atskatoties uz vienādojumu (3.2) un izmantojot terminiem, kas definēti iepriekš, temperatūras pretestības koeficients var pārrakstīt kā,

(3.13)

ja ir jaudas tiesību indeksā no pretestibas un temperatūras attiecībā vienādojumā (3.1). Mēs redzam, ka ir negatīvs pusvadītāju, spektra infrasarkanai daļai. Tas noved pie vērtību kas ir mazāka nekā apraksta vienādojums (3.10). Tas ir saistīts ar elektrotermiskās atgriezenisko saiti, kas ir aprakstīts [9]. Mēs definējam jaunu terminu kas ir vērtība, ar korekciju Elektrosildīšanas atsauksmēm,

(3.14)

Šī jaunā vērtība ļauj noteikt vērtību kas atkal ir korekciju Elektrosildīšanas atsauksmēm,

(3.15)

Tā kā termisko pretestību, ir objektīvs ar spriegumu elektroenerģijas izkliedēties uz slāpētāju var ievadīt . Jo negadījumu EM signāla pieaugums palielinās temperatūra termiskās pretestības un tādējādi arī palielinātu tās noturību pret tas savukārt radīs samazinājumu izkliedē jaudas. Ja rezistors darbojas stāvā daļu no tās līknes, tad kopējo jaudu izkliedēšanās absorberā paliks nemainīgs, tāpat kā tā temperatūra. Šī sistēma tiek saukta par negatīvi elektrotermiskās atsauksmes. Šī ir priekšrocība samazināt laika konstanti uz termiskā laika konstanti, kas norādīta (3.10.)

Responsivity

Responsivity definē kā izmaiņas izejas sprieguma izmaiņas incidentu varas, kas, spektra infrasarkanai daļai, ir līdzvērtīga izmaiņai temperatūras. Spriegums responsivity par spektra infrasarkanai daļai, ir definēts kā,

(3.16)

un svārstās atkarībā no darbības punktu. Ja uz detektora signāla maina modulācijas frekvenci jābūt pietiekami zemam, lai detektoru var reaģēt uz izmaiņām jaudu. Ir pierādīts, ka,

(3.17)

ja frekvences modulācijas. Nulles frekvence (dc) responsivity var novērtēt tieši no slodzes līkni, izmantojot izteiksmi,

(3.18)

kur ir nulle frekvences dinamisko pretestību (Omi) ar spektra infrasarkanai daļai, pie darba punktā. var pierādīt, kas jāsniedz,

(3.19)

Laika reakcija, spektra infrasarkanai daļai

Attiecībā uz lielāko daļu bolometers ar VI līknes forma dominē fona jaudas līmeni. Ja nelielu papildu signāls tiek piemērots, spektra infrasarkanai daļai no VI līknes sākuma var uzskatīt par nenozīmīgu. Tas ir pazīstams kā maza signāla tuvināšanu. Jo maza signāla limitu ti, ja avota fona izmaiņas, spektra infrasarkanai daļai sprieguma maiņas dēļ incidenta starojuma jauda var ievadīt,

(3.20)

Ar izejas spriegumu pārmaiņas nenotiek uzreiz un, salīdzinot spektra infrasarkanai daļai, ar RC ķēdes reakciju var modelēt ar kādu no šādiem diviem vienādojumiem,

(3.21)

Ja zīmē šie vienādojumi ir šāda forma (ja un ),

3.4 - Zemes V pret Laiks pozitīvu un negatīvu V

Ja liela signāli ir ņemti vērā, no VI līknes sākuma vairs nav nenozīmīgas. Tādēļ ir izejas sprieguma izmaiņas sakarā ar izmaiņām incidenta tiesībām nevar aprēķināt, piemērojot responsivity tagad, ko pārmaiņas ekspluatācijas punktā spriegumu, spektra infrasarkanai daļai. , Pārvietojoties no sākuma līdz gala VI līknes, laika konstante sistēmas atšķiras atkarībā no darbības punktu. Tāpēc, spektra infrasarkanai daļai vairs nav viena laika konstante ierīci, un to nevar modelēt, izmantojot vienkāršu RC ķēdes reakciju vienādojumus.

3,5 attēls - VI līknes lielu signāla maiņu

Trokšņa ekvivalentas jaudas

Liela nozīme jebkuram, spektra infrasarkanai daļai, ir trokšņa ekvivalentas jaudas vai NEP. NNP ir vidējā kvadrātiskā signāla stiprums nepieciešams vienāda vidējā kvadrātiskā, detektora trokšņa. Labāko signāla-trokšņa attiecību, ko iespējams nodrošināt spektra infrasarkanai daļai, ir dota ar vienādojumu,

(3.22)

Kopumā, NEP ir vienības .

Fotonu Shot Troksnis un Wave trokšņa

Ja ņem vērā daļiņu priekšstatu par gaismas un saprast, ka gaismas ieradīsies detektors nejauši izvēlētiem vai nekorelē veidā mēs varam definēt fotonu shot troksni. Fotonu shot troksnis ir attaisnojams pie augstām frekvencēm (ja fotonu priekšstatu par gaismas ir vispiemērotākā), bet tajā zemākas frekvences viļņa priekšstatu par gaismas ir vairāk piemērots un tāpēc mēs noteikt citu termiņu vilnis troksni.

Ar Bose-Einstein statistikas pieteikumu un pieņemot, ka, lai noteiktu fona ir kā blackbody mēs redzam, ka vidējā kvadrātiskā svārstības skaits fotonu ierašanās laiku Jo frekvenču intervālā V ievada,

(3.23)

ja , = Emisijas no fona un = Kopējā datu pārraides efektivitātes starp fonu un detektoru. Papildu Termins ir ņemts vērā attiecībā uz viļņu troksnis.

Fotonu Troksnis Limited NEP

Labākajā gadījumā, detektora un turpmāko komponenti paaugstina niecīgs papildu trokšņa signālu papildus fotonu shot troksni. Tāpēc fotonu trokšņa ierobežojumus jutību, spektra infrasarkanai daļai mērījumu šo galīgo ierobežojumu sauc fotonu troksni ierobežotu NEP, . Tas ir dots ar vienādojumu,

(3.24)

Fotonu detektors Efektivitāte

Praksē nav iespējams iegūt fotonu trokšņa tikai S / N, jo tas paredz, ka perfect detektors tiek izmantots. Real detektori atšķiras darbība, ka,

  • īsta detektors, nevar atbildēt uz katru fotonu
  • detektoru un elektronikas produktu papildu trokšņa

Divi parametri ir definēti, lai ņemtu vērā tos trūkumus detektēšanas sistēma, tie ir Atsaucīgi kvantu efektivitātes un Detektīvās kvantu efektivitātes noteikšana.

Atsaucīgs kvantu efektivitātes noteikšana (RQE vai )

RQE vai nes uz nepilnīgu absorbciju fotonu un ir definēta kā daļa no starpgadījuma fotonu, kas veicina signālu, protams, .

Detektīvās kvantu efektivitātes noteikšana (DQE)

(3.25)

DQE ir attiecība starp faktisko jutība pret maksimālo iespējamo principā. Parametru ņem gan absorbcijas efektivitāte un nekādu papildu troksni, kas rodas detektors vērā. Šis parametrs var tikt izmantota, lai salīdzinātu dažādu veidu detektors ar otru.

Praksē slīpo spriegums ir izvēlēts, lai iegūtu maksimālo DQE par katru detektoru. Attiecībā uz torni, tas ir grupas, detektori, kas ir kopēja neobjektivitāti spriegums, ko var pielāgot, lai iegūtu optimālu DQE grupai.

Citi avoti Troksnis

Johnson Troksnis

Jebkurā gabals jebkura vadoša materiāla elektroni ir izlases siltuma priekšlikumus, jo materiāls ir ierobežots temperatūru. Bolometric detektors un tās sastāvdaļas ir - vai var uzskatīt - rezistoru ar elektrisko kontaktu abos galos. Ja nav elektrisko potenciālu visā kontaktus ar rezistors sprieguma svārstīsies nejauši par nulli volti, tas ir tāpēc, pozitīvās un negatīvās svārstības ir vienlīdz iespējama. Trokšņa jaudas, detaļas tomēr ir proporcionāls svārstību sprieguma kvadrātā, ti vienmēr ir pozitīvs. To sauc par Johnson vai Nyquist trokšņa.

Johnson troksni NEP, , Ti,

(3.26)

Frekvenču spektru Johnson trokšņa ir plakana, ti, tā ir frekvence neatkarīga. To var redzēt no iepriekš minētā vienādojuma, ja nav frekvenču atkarību. Troksnis ar plakanu spektra saucamo balto troksni.

Phonon Troksnis

Līdz šim mums ir uzskatāms troksni izveidota no fotoniem un elektroniem, mēs tagad uzskata karstuma plūsmu uz siltuma izlietne, kā quantised veidā phonons (quantised režģi vibrācijas). Tas noved pie nejaušas svārstības temperatūras, spektra infrasarkanai daļai. Phonon troksni NEP, , Ti,

(3.27)

Temperatūras Troksnis

Temperatūras troksni, ko izraisa fakts, ka siltuma izlietne nav nemainīgā temperatūrā un mainās nedaudz vairāk laika. Temperatūru trokšņa NEP, ir,

(3.28)

ja ir spektrālās intensitāte svārstību temperatūras siltuma izlietne (K 2 Hz -1).

1 / f Trokšņa

Šis trokšņa avots ir ļoti svarīga praktisku pielietojumu, lai gan iemesli bieži vien nav labi izprasta. Attiecībā uz lielāko daļu iekārtu, liels trokšņa līmenim ir atrodami pie zemām frekvencēm.

Attēls 3.6 - 1 / f Trokšņa

Samazināšana Troksnis

Troksnis ietekmē rezultātus pazemojoši modes un tāpēc mēs izmantojam dažādas metodes (lai samazinātu tās ietekmi.

  • Padarīt post atklāšanu joslas platumu, pēc iespējas mazāks
  • Centieties, lai izvairītos no mērīšanas signālu (vai frekvenču joslas), kas sakrīt ar diskrētu frekvenču traucējumu avotiem
  • Nodrošinātu to, ka signāla frekvences (vai frekvenču joslas) ir pietiekami augsta, nedrīkst ietekmēt ievērojamu daudzumu trokšņa.

Sakarā ar trokšņa nav iespējams ievērot avotu ilgu nepārtrauktu novērošanu; tas būtu saistīts ar darbu ļoti zemas frekvences, ja troksnis būtu ievērojama. Viens paņēmiens, lai izvairītos no troksnis ir mērķtiecīgi signālu ar frekvenci, kas ir pietiekami augsts, ka vairs nav būtiskas. Modulācijas biežumu nevar noteikt, tomēr tik liela, ka detektoriem frekvences rada zaudējumus signālu. Vēl viena priekšrocība ir modulācijas metode, ir tas, ka to var izmantot, lai atņemtu fona no signāla, pārejot starp avota signālu un fona signāla, tas ir pazīstams kā â € ~ choppingâ € ™, kas FIR / sub-mm apsvērumus.

Pievienojot Trokšņa noteikumi

Kopējais troksnis sistēma tiks kombinācija visu individuālo trokšņa avotiem klāt kā aprakstīts iepriekš. Mēs pieņemam, ka visi trokšņa avoti ir nekorelē ti viena vērtība nav atkarīga no citām. Jo tie ir nekorelē pievienojot tiem parasti nav ņemts vērā fāzes trokšņu, tāpēc mēs vidējā kvadrātiskā vērtība troksni (vidējā ģeometriskā vērtība), kā dažkārt trokšņa avoti var viena otru.

(3.29)

ja ir troksnis sprieguma spektrālais blīvums (VHz -1/2) no katra trokšņa iemaksas.

Kopumā Troksnis un NEP

Ir iespējams noteikt NEP šādi, signāla jaudas, kas dod S / N 1 integrācijas laiku 0,5 sekundes. Ja mēs pieņemsim = Detektora responsivity (VW -1), = Elektromagnētisko jaudas incidents uz detektoru (W), un, = Kopējais trokšņa sprieguma spektrālo blīvumu, signāla spriegumu, var rakstīt,

(3.30)

Trokšņa sprieguma tad būs, ko,

(3.31)

, Nosakot NEP, ja tad signāla spriegumu, . Tāpēc mēs iegūstam vienādojumu NEP ziņā Trokšņu sprieguma spektrālo blīvumu un responsivity,

(3.32)

NNP vienības parasti ievada WHz -1/2, Hz -1/2 noteikumi attiecas uz post atklāšanu joslas platumu vai laika apgrieztā integrācija.

10 Atbildes uz ", spektra infrasarkanai daļai teorija"

  1. Ki Rotaļu Johnson Pic ...

    Es googled par kaut ko pavisam citu, bet konstatēja, ka jūsu lapā ... un ir ko teikt paldies. nice lasīt ....

  2. Jānis saka:

    Labi darīts Steven. Kaut kas ļoti svarīgi atcerēties, ka ikvienam ir vajadzīgas labas ievada norādi, lai saprastu pamatus pirms turpināt progresīvu specialitātes tēmām, pamatojoties uz pamats pamatus. No pamatiem izpratne ir pietiekami, lai lielākā daļa cilvēku būtu veiksmīga.
    Jūsu mājas lapā ir lieliska ievada atsauces. Ja jūsu karjeras ļauj jums izpētīt vairāk uzlabotas smalkumus bolometers un jūs galu galā publicēt, lūdzu, saglabā un publicē šo pašreizējo struktūru darbu, kā arī, lai kalpotu kā ievada materiāls pirmo taimeri. Es piekrītu Ki. Jūsu mājas lapā par spektra infrasarkanai daļai, teorija ir labs lasīt.
    J

  3. Nightshade saka:

    Es atklāju savu lekciju visnoderīgākie izveidot izpratni par spektra infrasarkanai daļai, parametru un īpašības. Es esmu 4. Semestri students elektrotehnikas un esmu šobrīd nodarbojas projekts, no mikrobolometriem,. Šajā sakarā es būšu greteful, ja jūs varat nosūtīt attiecīgo literatūru.

  4. jiku saka:

    Es atklāju gadā lucture tas ir ļoti noderīgi, mana pētniecības daļēji tāpēc, ka es nezinu neko par spektra infrasarkanai daļai,. Bet man joprojām ir problēma, lai aplūkotu attēlu savā mājas lapā. Ko man darīt? Es cenšos, lai lejupielādētu pdf.file, bet tas nedarbojas arī.
    Lūdzu, nevilcinieties, lai dotu kādu ieteikumu. Mans e-pasts: jiku_jung9@hotmail.com

  5. gulta saka:

    Nav, ka es gribu, lai kopētu jūsu mājas lapā, bet es patiesi mīlēt izskatu. Vai jūs varētu man pateikt, kurā tēmā jūs lietojat? Vai tas bija veikts pasūtījuma?

  6. Tēma ir saistīta ar apakšā šo lapu (kājenē).

  7. Attēli un PDF atjaunot, žēl problēmām

  8. H. Azari saka:

    dear Steven
    Es atklāju savu lekciju tik noderīga, bet es nevaru redzēt bildes vai atrast pdf.
    Jūs, lūdzu, palīdziet man, ko es protestu darīt?
    Ar cieņu

  9. Windboy saka:

    Cienījamie Steven
    Liels paldies par jūsu brīnišķīgi lekciju, bet es nevar lejupielādēt "Imitē SPIRE izmantojot IDL" Vai jūs to nosūtīt uz mani? Paldies jau iepriekš.
    E-pasts: lhfsemail@gmail.com

  10. Tonldan saka:

    Vai jūs varat lūdzu nosūtiet man pastu. Man tiešām patīk jūsu dizainu.

Atstāj atbildi













Panorama Theme by Themocracy

4 Apmeklētāji tiešsaistē tagad
3 viesi, 1 botu, 0 biedri
Max Apmeklētāji šodien: 11 pie 4:12 UTC
Šajā mēnesī: 22 pie 2011/08/06 12:30 UTC
Šogad: 130 ar 28-03-2011 22:40 UTC
Visu laiku: 130 ar 28-03-2011 10:40 UTC