Использование внутреннего фотоэффекта для измерения физических величин

Белорусский Национальный Технический  Университет

Приборостроительный факультет

Кафедра «Информационно-измерительная  техника и технологии»

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине «Физические основы измерений»

Использование внутреннего фотоэффекта для измерения физических величин

 

 

 

 

 

Исполнитель:	студент группы 113319 Ткаченко А. Ф.
Руководитель:	профессор Джилавдари И. З.

 

 

 

 

 

 

Минск 2011

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ           4

1 ОПИСАНИЕ  ВНУТРЕННЕГО ФОТОЭФФЕКТА     5

1.1 Внутренний  фотоэффект         5

1.2 Собственные  и примесные электронные переходы    8

2 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВНУТРЕННЕГО ФОТОЭФФЕКТА  ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН         15

2.1 Фотоэлектрические  преобразователи       15

2.2 Датчики положения          22

2.3 Двухкоординатное измерение положения      25

2.4 Датчики шероховатости         28

3 ИСТОЧНИКИ ПОГРЕШНОСТЕЙ, ОГРАНИЧИВАЮЩИХ  ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ НА ОСНОВЕ  ВНУТРЕННЕГО ФОТОЭФФЕКТА   30

ЗАКЛЮЧЕНИЕ           33

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ     34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Явление фотоэффекта было открыто около  полутора сотни лет назад, однако и до наших дней ученые работают над совершенствованием этой технологии, повышением ее эффективности.

Подлинная история использования полупроводниковых  преобразователей началась в 1958-м, когда  на третьем советском в качестве источника энергии были установлены  солнечные кремниевые батареи, с  тех пор основной источник энергии  в космосе. В 1974 году ученые приступили к промышленному производству солнечных батарей на гетероструктурах, тогда же этими батареями стали оснащаться искусственные спутники. Сейчас в мире идет работа над удвоением мощности солнечных фотоэлектрических установок. Это наиболее перспективный способ получения и использования энергии на Земле.

Помимо  источников энергии внутренний фотоэффект нашел применение в измерительной  технике. На основе этого эффекта  производят различного рода фоточувствительные элементы. Это различные фотоэлектрические  преобразователи, датчики положения  и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ОПИСАНИЕ ВНУТРЕННЕГО ФОТОЭФФЕКТА

 

1.1 Внутренний фотоэффект

 

 

Фотоэлектрическим эффектом или фотоэффектом называется испускание электронов веществом  под действием света.

В кристаллических полупроводниках  и диэлектриках помимо внешнего фотоэффекта наблюдается внутренний фотоэффект, состоящий в том, что под действием облучения увеличивается электропроводность этих веществ за счет возрастания в них числа свободных носителей тока (электронов проводимости и дырок). Это явление часто называют еще фотопроводимостью. Его можно легко объяснить на основе зонной теории кристаллических твердых тел. Напомним, что в диэлектрике и беспримесном полупроводнике зона проводимости не содержит электронов, а лежащая ниже ее следующая (валентная) зона целиком заполнена электронами (рисунок 1.1, а). Разность между энергиями на нижнем уровне зоны проводимости и верхнем уровне валентной зоны называется энергией активации проводимости вещества. У полупроводников значительно меньше, чем у диэлектриков. Если энергия фотона то при поглощении фотона электрон может быть переброшен из валентной зоны в зону проводимости. Таким образом, под действием света в зоне проводимости появятся электроны, а в валентной зоне — «положительные дырки». Эти пары разноименных носителей заряда способны под действием внешнего электрического поля приходить в упорядоченное движение, образуя электрический ток. Очевидно, что концентрация электронов проводимости и дырок, а также зависящая от нее электропроводимость вещества пропорциональны числу фотонов, падающих на единицу поверхности вещества за единицу времени, т. е. интенсивности монохроматического света. Красная граница для фотопроводимости

.                                                        (1.1)

В примесных  полупроводниках с небольшим содержанием примесей вероятность поглощения фотонов электронами примесных атомов мала. Поэтому изменение проводимости под действием света также в основном связано с перебросом электронов из валентной зоны в зону проводимости и образованием пар разноименных носителей заряда — электронов проводимости и дырок. Однако характер проводимости для электронных (n-типа) и дырочных

 

Рисунок 1.1 –  Зона проводимости в диэлектрике  и полупроводнике

 

(p-типа) примесных полупроводников различен. В электронном полупроводнике имеются примесные донорные уровни энергии а, которые находятся вблизи «дна» зоны проводимости и заняты электронами (рисунок 1.1, б). В процессе образования под действием света электронно-дырочных пар положительные дырки рекомбинируют с электронами донорной примеси. Поэтому фотопроводимость n-полупроводника имеет чисто электронный характер. В дырочном полупроводнике поглощение фотонов вызывает переход части электронов из валентной зоны в зону проводимости, а оттуда на вакантные акцепторные примесные уровни б, расположенные вблизи верхнего края валентной зоны (рисунок 1.1, в). При этом в валентной зоне образуются «положительные дырки», так что фотопроводимость p-полупроводника является чисто дырочной.

Внутренний фотоэффект нашел практическое применение в одной из разновидностей фотоприемников - болометрах, но из-за невысокой чувствительности и низкого быстродействия болометры в оптоэлектронике не применяются.

На внутреннем фотоэффекте также основано действие так называемых фотосопротивлений. Количество образующихся носителей тока пропорционально падающему световому потоку. Поэтому фотосопротивления применяются для целей фотометрии. Первым полупроводником, нашедшим применение для этих целей, был селен. В последнее время для видимой части спектра стали широко применяться фотосопротивления из CdS. Фотосопротивления из полупроводников PbS, PbTe, PbSe и InSb используются в качестве детекторов инфракрасного излучения; они намного превосходят термоэлектрические болометры.

 

Рисунок 1.2 –  Ход потенциальной энергии электронов и дырок в области p-n перехода

 

В области p-n перехода или на границе металла с полупроводником может наблюдаться вентильный фотоэффект. Он заключается в возникновении под действием света электродвижущей силы (фото-э. д. с). На рисунке 1.2 показан ход потенциальной энергии электронов (сплошная кривая) и дырок (пунктирная кривая) в области р-n перехода. Неосновные для данной области носители (электроны в p-области и дырки в n-области), возникшие под действием света, проходят через переход. В результате в n-области накапливается избыточный положительный заряд, в p-области — избыточный отрицательный заряд. Это приводит к возникновению приложенного к переходу напряжения, которое и представляет собой фотоэлектродвижущую силу.

Если р- и n-области кристалла подключить к внешней нагрузке, в ней будет течь ток. При не очень больших освещенностях сила тока пропорциональна падающему на кристалл световому потоку. На этом основано действие фотоэлектрических фотометров, в частности, применяемых в фотографии экспонометров. Несколько десятков соединенных последовательно кремниевых p – n-переходов образуют солнечную батарею. Такие батареи применяются для питания радиоаппаратуры на спутниках.

 

1.2 Собственные  и примесные электронные переходы

 

 

Фотоэффект  проявляется в электронных переходах  двух типов: собственных (фундаментальных) и примесных (рисунок 1.3).

Собственные переходы (или собственная проводимость) сопровождаются увеличением концентрации свободных носителей обоих знаков - и электронов, и дырок. Математическое условие начала возникновения собственной фотопроводимости записывается так:

                                                             (1.2)

где hv - энергия кванта излучения.

При выполнении этого условия вблизи границы  поглощения, соответствующей равенству  в (1.2), зависимость коэффициента поглощения от энергии кванта для прямозонных и непрямозонных полупроводников соответственно имеет вид:

                                       (1.3)

                         (1.4)

где      А и В - константы;

- энергия фонона.

Выбор знака в (1.4) зависит от того, идет ли процесс с отдачей энергии фонону (плюс) или с получением энергии от него (минус).

Рисунок 1.3 - Собственные (1) и примесные (2, 3) фотопереходы электронов в полупроводнике (Е_л - уровень ловушки)

 

Рисунок 1.4 - Спектральные зависимости обратного коэффициента поглощения (

) некоторых полупроводников

 

Прямозонные переходы происходят без изменения  импульса электрона ( ), т.е. для их осуществления не требуется участия какого-либо третьего тела, а необходима лишь встреча электрона и дырки; такие переходы представляют собой вероятностные процессы первого порядка. При непрямозонных переходах обязательна передача части импульса фонону ( ). Это процессы второго порядка, и их вероятность намного меньше (на несколько порядков), чем прямозонных переходов.

Равенство в (1.2) определяет красную границу фотоэффекта

 

,                                                        (1.5)

 

где      λ_гр, мкм;

E_g, эВ.

Вблизи  этой границы χ растет очень быстро, изменяясь, как правило, на 3-4 порядка  при увеличении энергии кванта на 0,1 эВ (рисунок 1.4). При выполнении условия (1.2) каждый поглощенный фотон порождает одну пару электрон - дырка или, иными словами, квантовая эффективность η=l. Это положение сохраняется при повышении энергии квантов, и лишь при hυ> (2...3)E_g квантовая эффективность начинает возрастать. При очень больших энергиях квантов на генерацию пары носителей в среднем затрачивается порция энергии около 3E_g. Таким образом, энергетически наиболее выгоден фотоэффект, вызываемый квантами с hv≈E_g; при преобразовании высокоэнергетических квантов (коротковолновое излучение) значительная часть их энергии переходит в тепло.

Край  спектра поглощения полупроводника λ_гр может смещаться в длинноволновую сторону при приложении электрического поля; это явление известно как эффект Келдыша - Франца. Действие электрического поля приводит к наклону энергетических зон в пространстве, так что при энергии квантов hv<E_g электрон может оторваться от атома вследствие туннелирования между состояниями валентной зоны и зоны проводимости, разделенными в кристалле малым расстоянием Δχ (рисунок 1.5). Расчет показывает, что ширина запрещенной зоны уменьшается пропорционально квадрату напряженности электрического поля; этот сдвиг для арсенида галлия около 10^-15 эВ∙В^-2∙см^-2. При реально достижимых электрических полях удается сместить край поглощения на несколько сотых долей электрон-вольта, что по абсолютной величине мало, но может приводить к изменению коэффициента поглощения на три порядка. Эффект Келдыша - Франца используется для создания высокоскоростных модуляторов света.

Примесное поглощение (примесная фотопроводимость) имеет место тогда, когда энергии квантов не хватает для образования электронно-дырочной пары, но ее достаточно, чтобы возбудить примесный атом до состояния, когда образуется свободный электрон и связанная дырка или свободная дырка и связанный электрон (рисунок 1.3). Первое отличие примесной фотопроводимости от собственной состоит в меньшей энергии поглощаемых квантов; для очень мелких акцепторных и донор-ных уровней энергия этих квантов может быть в десятки и сотни раз меньше E_g. В этой связи примесная фотопроводимость открывает широкие возможности создания фотоприемников ИК-диапазона (включая дальний ИК- и субмиллиметровый радиодиапазон).

Рисунок 1.5 - Энергетическая диаграмма полупроводника при воздействии сильного электрического поля и квантовый переход электрона из валентной зоны в зону проводимости, иллюстрирующий эффект Келдыша-Франца

 

Второе  отличие состоит в том, что  примесное поглощение ведет к генерации лишь одного типа носителей - электронов или дырок, и третье - в том, что эффективность примесного поглощения значительно меньше, чем собственного: в типичных случаях концентрация примесных атомов значительно меньше (на 6-8 порядков), чем атомов самого полупроводника. Отсюда следует, что для реализации поглощения на примесях необходимо использовать полупроводники большой толщины, а это всегда ведет к нежелательному увеличению длительности релаксационных процессов. Таким образом, примесное поглощение следует использовать лишь в тех случаях, когда не удается подобрать полупроводник с собственным поглощением в той же области спектра. Длинноволновая граница примесного фотоэффекта также определяется формулой (1.5), если в ней Е_g заменить на энергетический зазор между примесным центром и разрешенной зоной, с которой осуществляется обмен носителями заряда.

Кроме рассмотренных  собственного и примесного поглощений имеется еще несколько механизмов взаимодействия квантов излучения с веществом, проявляющихся в фотоэффекте. Прежде всего необходимо отметить поглощение на свободных носителях заряда. Это приводит к перемещению носителя внутри разрешенной зоны на более высокий энергетический уровень, т. е. к так называемому разогреву носителей (например, электронов в зоне проводимости). Если обмен энергией между «горячим» электроном и зоной осуществляется быстро, то эта избыточная энергия переходит в тепло и фактически поглощенные таким образом кванты вклада в фотоэффект не дают. При типичных значениях Е_g ≈ 1эВ поглощение на свободных носителях может стать заметным на фоне собственного поглощения лишь при концентрациях носителей не менее 10¹⁹ – 10²⁰ см^-3, т. е. в относительно редких случаях. Если каким-то образом обмен энергией между «горячими» электронами и кристаллической решеткой замедлить (например, путем глубокого охлаждения), то это приведет к тому, что их подвижность будет отличной от подвижности обычных электронов проводимости. Это значит, что согласно (рисунок 1.3) изменится и проводимость образца. Подобный эффект, известный как μ- фотопроводимость, может использоваться для создания неизбирательных фотоприемников дальнего ИК-диапазона; в оптоэлектронике реального применения он не находит.

Другой  важный механизм - экситонное поглощение, в процессе которого электрон и дырка приходят в возбужденное состояние, но остаются связанными друг с другом силами кулоновского взаимодействия в водородоподобном состоянии, т.е. в форме экситона. Энергия образования экситона примерно на 3-6 мэВ меньше ширины запрещенной зоны, что обусловливает поглощение в области более длинноволновой, чем у собственного поглощения. Кулоновское притяжение между возбуждаемыми носителями заряда влияет на переходы зона - зона и в том случае, когда носители образуются несвязанными. При достаточно больших концентрациях свободных носителей кулоновские поля экранируются на очень малых расстояниях и экситоны не образуются. Несмотря на то, что экситоны могут перемещаться по кристаллу, фотопроводимость при этом не возникает, так как электрон и дырка движутся вместе. Практически экситонное поглощение фотонов проявляется лишь в высокоомных полупроводниках в виде тонкой структуры спектра слева и справа от λ_гр.

Итак, при  поглощении фотонов в полупроводнике (и в твердом теле вообще) имеют  место квантовые электронные  переходы, часть из которых (собственное  и примесное поглощение) приводит к образованию избыточной концентрации свободных носителей заряда, а часть (экситонное, фононное поглощение и поглощение на свободных носителях) в конечном счете приводит лишь к разогреву кристалла.

Возникновение свободных носителей заряда под  действием излучения составляет основу различных фотоэлектрических  эффектов. В оптоэлектронике находят  применение две формы проявления этих эффектов: фотопроводимость - увеличение проводимости материала, появление  добавочной составляющей проводимости под действием излучения (наблюдается  в однородных достаточно протяженных  полупроводниковых образцах) и фотовольтаический эффект, возникающий при воздействии излучения на структуры со встроенным потенциальным барьером (р-n-переход, барьер Шотки и т. д.). Образующиеся носители заряда - электроны и дырки - «растаскиваются» встроенным полем в разные стороны от границы, вследствие чего возникает дополнительная, наведенная фото-ЭДС - высота имеющегося потенциального барьера уменьшается. Если разнотипные области выпрямляющей структуры замкнуты внешней электрической цепью, то под действием фото-ЭДС по этой цепи начинает протекать ток и имеет место эффект возбуждения фототока. Явления возникновения фотопроводимости, фото-ЭДС, фототока образуют «физический фундамент», на котором основано действие большинства фотоприемников.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  ВНУТРЕННЕГО ФОТОЭФФЕКТА ДЛЯ  ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

2.1 Фотоэлектрические  преобразователи

 

 

Фотоэлектрические преобразователи по основному своему назначению основаны на принципе преобразования излучения оптического диапазона  в электрический сигнал. Оптический диапазон занимает область спектра электромагнитных излучений от глубокого ультрафиолетового (от 0,01 мкм) до дальнего инфракрасного излучения (до 1000 мкм) (рисунок 2.1).

Это излучение  может быть как собственным излучением исследуемого объекта, так и отраженным или рассеиваемым его поверхностью, или частично поглощенным, если тело полупрозрачно. Ряд фотоэлектрических  преобразователей использует принцип  прерывания. Интервалы засветки прерывания освещенности являются в этом случае информативным параметром изучаемого процесса.

 

 

Рисунок 2.1 – Спектр оптического излучения

 

Преобразователи собственного излучения исследуемых  объектов принято называть пассивными. Такие преобразователи позволяют  оценивать энергетические, спектральные, фазовые, поляризационные характеристики изучаемого излучения.

Преобразователи, построенные на принципе преобразования излучения от внешнего источника, взаимодействующего с исследуемым объектом, называют активными. В качестве внешних источников в активных преобразователях используются светодиоды, твердотельные и полупроводниковые лазеры. В последнее время в сочетании с волоконными элементами начали использоваться волоконно-оптические лазеры.

Таким образом, специфической функцией фотоэлектрических  преобразователей является преобразование оптического излучения в электрический  сигнал. Эта функция выполняется  разнообразными приемниками излучения, которые в основном относятся  к двум группам - собственно фотоэлектрическим  и тепловым.

К фотоэлектрическим относятся приемники с внешним и внутренним фотоэффектами.

Группу  приемников с внешним фотоэффектом составляют вакуум- газонаполненные фотоэлементы и фотоумножители. Исторически были первыми практическими фотоэлектрическими преобразователями созданы во времена развития вакуумной электроники, имели кислотно-цезиевый или сурмяно-цезиевый фотокатод. Однако при бесспорных достоинствах этой группы преобразователей - высокая чувствительность (фотоумножители, газонаполненные фотоэлементы) и высокое быстродействие (вакуумные фотоэлементы и фотоумножители) - они обладают и бесспорными недостатками (необходимость высоких питающих напряжений и существенные габариты), что делает предпочтительным использование в современных датчиках полупроводниковых фотоприемников с внутренним фотоэффектом.

Простейшим  представителем этой группы фотоэлементов  являются фоторезисторы, действие которых  основано на зависимости их фотопроводимости от интенсивности и спектрального  состава падающего на них излучения. Технологически фоторезисторы формируются  в виде поликристаллических пластинок.

Большой селективностью и избирательной  чувствительностью характеризуются  монокристаллические фоторезисторы. Охлаждение фоторезисторов повышает их чувствительность в сторону длинноволнового излучения.

Зависимость фототока в цепи фоторезистора нелинейна, причем нелинейность зависит от освещенности. Постоянная времени прессованных резисторов наибольшая, у монокристаллических - наименьшая. С ростом освещенности инерционность уменьшается. Главным достоинством фоторезисторов является простота их устройства и низкая стоимость, главным недостатком - заметная инерционность (по сравнению с другими фотоэлектрическими преобразователями) и температурная и временная нестабильность.

Фотоэлектрические приемники, в которых под действием  излучения возникает фото-ЭДС, называются вентильными фотоэлементами, или фотоэлементами с запорным слоем. Они выполняются на основе полупроводниковых р-n переходов и могут использоваться не только в вентильном, но и в диодном режиме - с внешним источником обратного напряжения, поданного на фотодиод. Структура фотодиода представлена на рисунке 2.2. На рисунке 2.3 представлены спектральные характеристики германиевого (1) и кремниевого (2) фотодиодов. Кремний и германий являются основными материалами для изготовления фотодиодов.

 

Рисунок 2.2 –  Структура фотодиода

 

 

 

Рисунок 2.3 - Спектральные характеристики германиевого (1) и кремниевого (2) фотодиодов

 

Обратный  ток кремниевых р-n переходов существенно меньше, чем германиевых. Поэтому порог чувствительности кремниевых фотодиодов порядка 10^-13... 10^-14 Вт/Гц^1/2, германиевых - порядка 10^-12 Вт/Гц^1/2. Кремниевые фотодиоды работают в более широком интервале температур.

В диодном  режиме фотоприемники имеют существенные преимущества по сравнению с вентильным режимом (большее быстродействие, лучшая стабильность, больший динамический диапазон, большая чувствительность в ИК-области). Недостатком диодного режима является наличие темнового тока. На рисунке 2.4 представлены частотные характеристики кремниевых фотодиодов р-типа (а) в вентильном и диодном режиме и n-типа (б) в диодном режиме.

 

 

 

Рисунок 2.4 - Частотные характеристики фотодиода на основе кремния р-типа (а) n-типа (б) при напряжении 1 - 0 В; 2 - 1 В; 3 - 4 В; 4 - 10 В; 5 - 100 В; 6 - 15 В; 7 - 150 В

 

Существуют  важные разновидности фотодиодов: p-i-n диоды - а, лавинные - б, гетерофотодиоды - в (рисунок 2.5) и др.

 

 

Рисунок 2.5 – Структура p-i-n, лавинного и гетерофотодиода

 

В p-i-n имеются три области - сильнолегированная n⁺- область, область с малой концентрацией примеси (i-область) и сильнолегированная р⁺- область. В лавинных фотодиодах реализуется усиление тока, обусловленное умножением числа носителей за счет ионизации атомов кристаллической решетки.

Гетерофотодиоды используют слоистую структуру из разных полупроводниковых материалов.

Преимущество  этих трех реализаций состоит в том, что достигается высокая чувствительность при высоком быстродействии.

На рисунке 2.6 показана спектральная характеристика гетероэпоксиального p-i-n диода с гетеропереходом тонкого р-слоя Ga_1-хAl_xAs и р и n слоев GaAs. Видно, что фотодиоды такого вида с успехом могут использоваться в видимой и ультрафиолетовой области спектра. Такие фотодиоды имеют расширенный температурный диапазон использования.

 

 

Рисунок 2.6 - Спектральная характеристика p-i-n-диода с гетеропереходом Ga_1-хAl_xAs - GaAs

 

Лавинные  фотодиоды на основе кремния обладают внутренним усилением до 103, высокой  чувствительностью до 1 А/Вт на длине волны λ= 0,9 мкм, малой инерционностью - до 0,5 нс, низким порогом – до 10-15 Вт/Гц1/2. Биполярный фототранзистор имеет два р-n перехода. Фотовоспринимающей частью является освещаемая часть перехода база - коллектор (рисунок 2.7). Следует только иметь в виду, что во столько же раз, на столько фоторезистор усиливает фототок и во сколько увеличивается интегральная чувствительность по сравнению с аналогичным фотодиодом, уменьшается предельная частота, т.е. произведение коэффициента усиления на ширину полосы остается неизменным и соответствует этой величине для фотодиода. Спектральные характеристики фототранзисторов из германия и кремния аналогичны характеристикам фотодиодов.

 

 

Рисунок 2.7 - Структура биполярного фототранзистора

 

 

Рисунок 2.8 - Структура полевого фототранзистора

 

Структура полевого фототранзистора представлена на рисунке 2.8. Такие транзисторы  характеризуются высоким входным  сопротивлением (до 10⁶ Ом) и имеют хорошие пороговые характеристики, высокое быстродействие (вследствие отсутствия инжекции и диффузионной емкости на входе). Эти фототранзисторы имеют лучшую температурную стабильность и повышенную радиационную стойкость по сравнению с биполярными фото-транзисторами.

В тепловых фотоприемниках энергия оптического  излучения преобразуется в тепловую при ее поглощении приемной площадкой. Приемная площадка покрывается высокопоглощающим покрытием с коэффициентом черноты более 0,9. Такие покрытия не селективны и поглощают интегральный тепловой поток во всем диапазоне длин волн падающего излучения. Приемная площадка изолируется от конструкции фотоприемника, благодаря чему по изменению температуры нагрева площадки можно судить о величине падающего потока излучения.

По способу  изменения температуры приемника  тепловые фотоприемники подразделяются на термоэлектрические, болометрические, пироэлектрические.

Термоэлектрические  приемники используют фольговые  термобатареи. Для повышения чувствительности и быстродействия таких приемников уменьшают размеры приемных площадок. Так, в радиационных термометрах  для измерения температуры в  диапазоне -60...+100 °С используют приемные площадки диаметром 3 мм с поглощением излучения в области от 0,4 до 25 мкм, чувствительностью 0,1 В/Вт и постоянной времени 0,4 с.

В болометрах используется терморезистивный способ измерения температуры. Приемной площадкой является сам чувствительный элемент с теплопоглощающим покрытием.

В качестве терморезистивного материала используются металлы или полупроводники в виде автономной фольги либо пленки, нанесенной на изоляционную подложку. Порог чувствительности таких болометров находиться на уровне 10^-6К.[1]

2.2 Датчики положения

 

 

С помощью  датчиков положения можно бесконтактным  способом дистанционно регистрировать процессы перемещения и управлять  ими. Пример применения такого датчика  показан на рисунке 2.9.

Например, нужно зарегистрировать вибрацию какого-либо механизма в процессе работы при  различных нагрузках. Для этого  на нем в характерном месте устанавливают светодиод (излучатель).

Излучение этого светодиода с помощью отображающей оптики (например, линзы) фокусируется на датчике положения.

 

 

Рисунок 2.9 - Схема устройства для регистрации  вибрации механизма

 

    В принципе такой датчик состоит из удлиненного pin-диода с двумя выходными электродами с одной стороны и одним электродом с противоположной стороны (рисунок 2.10).

 

 

Рисунок 2.10 - Структура датчика положения: подложка из высокочистого кремния является i-областью с собственной проводимостью