Файл: Зубов В.А. Методы измерения характеристик лазерного излучения.pdf

С целью повышения чувствительности измерительной системы обычно используются усилители, при этом необ­ ходимо согласование выходного сопротивления приемника и входного сопротивления усилителя. Некоторые ва­ рианты блок-схем усилителей будут рассмотрены дальше в связи с использованием фотоэлектрических приемников.

Следует отметить вариант измерительной системы, работающей при постоянной температуре. В основу работы положено явление изменения объема рабочего вещества при фазовом переходе, который совершается при поглощении энергии излучения. В такой системе отсутствуют потери тепла, так как окружающая среда и рабочее тело находятся при одной и той же темпера­

В системах такого рода достигаются значительно большие точности измерения. Изменение объема рабочего тела ДИ связано с количеством тепла AQ, подведенным к по­ глощающему элементу, соотношением

ДИ = рИДQ,

где И — объем рабочего тела, (3 — коэффициент объем­ ного расширения при фазовом переходе.

Имеется еще вариант приемника, работающего на основе эффекта линейного расширения. За счет линей­ ного расширения приемного элемента меняется емкость конденсатора, образованного подвижной и неподвижной пластинами. Включение конденсатора в контур при ра­ боте на крутом участке резонансной кривой обеспечи­ вает довольно высокую чувствительность такого прием­ ника [2 ].

22

Т а б л и ц а 2

В табл. 2 приведены данные некоторых отечественных тепловых измерителей энергетических характери­ стик [1, 25].

§ 2. Измерения с пироэлектрическими приемниками

Сущность пироэлектрического эффекта заключается в изменении поляризации пироактивного кристалла при изменении его температуры. Плотность тока, возни­ кающего при изменении температуры пироактивного

23

кристалла, определяется соотношением [26, 27]

нение температуры приемника. В отличие от тепловых приемников, рассмотренных ранее, сигнал этого прием­ ника определяется не величиной АТ, а величиной d (АT)/dt [28-30].

Принцип работы пироэлектрического приемника. При рассмотрении характера работы этого приемника будем исходить из общего соотношения, полученного раньше:

1

о

Напомним, что это соотношение получено без учета эф­ фектов, связанных с конечной теплопроводностью прием­ ного элемента [30, 31]. Для тока приемника получаем выражение

Пусть на приемник действует непрерывное излучение Р (t)=P0. В этом случае имеем

Включение светового сигнала вызывает быстрый отклик приемника, экспоненциально затухающий с характер-

Чтобы иметь возможность производить измерения, сле-

24

дует непрерывное излучение промодулировать. Пусть на входе будем иметь косинусоидальный световой сиг­ нал Р (t)=PQ(cos Qi+1), Q=2it/2,M— частота модуляции, Тм — период модуляции. Тогда

где tp=arctg (Ö/OTIQ). Первый член дает затухающий отклик приемника на включение сигнала Р (t) в момент £=0. Второй член дает отклик приемника на косинусо­ идальный сигнал. При больших временах t -> со вклад начального момента (первый член) не существен, и поэ­ тому имеем

Иллюстрация приведена на рис. 5, а. Мы получили от­ клик, пропорциональный мощности действующего све­ тового сигнала с некоторым фазовым сдвигом и без учета постоянной составляющей. Величина фазового сдвига уменьшается с ростом частоты модуляции. При доста­

Отметим, что для пироэлектрического приемника можно лишь очень условно говорить о характерном времени приемника тпр, поскольку приемник следит за производ­ ной температуры, поэтому мы говорим о тепловой по­ стоянной времени \ еял.

В рамках проведенного рассмотрения отсутствует ограничение со стороны высоких частот. Это обусловлено тем, что не учитывалась конечность времени распростра­ нения тепла внутри приемника. Учет этого обстоятельства

25

cm а о ü

Граничная частота £2М1Ш, для которой в области малых частот имеет место уменьшение амплитуды отклика в два раза по сравнению с ампли­ тудой при больших частотах, определяется соотношением

ЫШ| ~ 2ст •

Таково ограничение со сто­ роны малых уастот.

Пусть на приемник дейст­ вует периодическое импульс­

6)

Д Г ( « ) =

= т -^ (/>(*)-А)-

Таким образом, в рассматриваемом случае имеем отклик приемника, пропорциональный мощности действующего

26