Strona główna

Zjawisko piroelektryczne

Zjawisko piroelektryczne polega na powstawaniu ładunku elektrycznego na powierzchni próbki podczas jej ogrzewania lub ochładzania. Typowe materiały wykazujące efekt piroelektryczny należą do ferroelektryków, substancji o niezerowej polaryzacji spontanicznej. Jeden koniec kryształu przy ogrzewaniu uzyskuje ładunek dodatni, a drugi ujemny. Przy ochładzaniu polaryzacja zmienia znak na przeciwny. Wielkość powstającego ładunku jest zależna od szybkości zmiany temperatury. Pojawienie się ładunku na powierzchni spowodowane jest zachodzącą podczas ogrzewania kryształu zmianą istniejącej wewnątrz niego spontanicznej polaryzacji, która polega na uporządkowaniu dipoli elektrycznych bez zewnętrznego pola elektrycznego. W wyniku tej polaryzacji dipolowy moment jąder i elektronów jest różny od zera. Jeżeli po zmianie temperatura kryształu pozostaje stała, to po pewnym czasie ładunek zostanie zneutralizowany przez ładunki swobodne (wewnętrzne lub zewnętrzne).

27.01.2009. 20:44

Piroelektryczność

Piroelektryczność występuje tylko w kryształach nie mających środka symetrii i mających co najwyżej jedną zwykłą oś symetrii
Polaryzacja spontaniczna w piroelektrykach (ferroelektrykach) zależna jest od temperatury. Powyżej pewnej temperatury zwanej temperaturą Curie (Tc), polaryzacja spontaniczna znika na skutek zaniku uporządkowania dipoli elektrycznych. Piroelektrykami mogą być więc tylko takie kryształy, w których istnieje wyróżniony kierunek, niezależny od przekształceń symetrii.
Charakter tej zależności przedstawiony jest na rys.:
Materiał, który ma być wykorzystany jako detektor w temperaturze pokojowej, powinien się charakteryzować temperaturą Curie nieznacznie wyższą od pokojowej.
Temperaturę Curie wyznacza się w miejscu największego nachylenia charakterystyki. Po przekroczeniu temperatury Curie przenikalność magnetyczna spada do jedności (materiał traci właściwości ferromagnetyczne przyjmując właściwości paramagnetyczne)

27.01.2009. 20:43

Zasada działania detektora

Zasada działania detektora piroelektrycznego:
Detektor piroelektryczny jest zasadniczo detektorem takiego promieniowania, które jest absorbowane na jego powierzchni lub w jego objętości, i powoduje wzrost temperatury kryształu. W praktyce należy dążyć do tego by przyrost temperatury był bardzo szybki i szybki powrót do temperatury równowagi (otoczenia ). Bardzo istotną cechą charakterystyczną, odróżniającą detektory piroelektryczne od klasycznych detektorów termicznych (np. termoelektrycznych) jest bardzo krótki czas reakcji. Czas ten może być rzędu mikrosekund, a nawet nanosekund. Zasada pracy detektora piroelektrycznego pokazana jest w różnych publikacjach:

Zasada działania detektora piroelektrycznego: a - w układzie elektrod równoległych do kierunku promieniowania, b - w układzie elektrod prostopadłych do kierunku promieniowania; P0 - polaryzacja spontaniczna.
Możliwe są dwa rozwiązania układu elektrod detektora.

27.01.2009. 20:43

Powierzchnia absorbująca

W rozwiązaniu powierzchnia absorbująca może być duża, co powoduje indukowanie dużych ładunków na powierzchniach czujnika i umożliwia pomiar przy stosunkowo niewielkiej impedancji obwodu zewnętrznego. W tym rozwiązaniu pewną trudność stanowi wykonanie elektrody przepuszczającej lub absorbującej wymagany zakres promieniowania. Przy promieniowaniu modulowanym z pulsacją w zmiana ładunku w czasie daje napięcie zmienne o częstotliwości modulacji. Napięcie to jest proporcjonalne do 1/w.
Jak się unika fałszywych alarmów:
Zarówno człowiek jak szczur, kot, zachodzące słońce, przeciąg w pomieszczeniu powodują bardzo podobne zachowania piroelektryka - więcej lub mniej energii docierającej do piroelektryka to zmiana jego polaryzacji. Zastosowanie jednego elementu piroelektrycznego powoduje w takim przypadku brak możliwości odróżnienia zdarzeń o charakterze alarmowym od tzw. fałszywych alarmów spowodowanych np. wyżej wymienionym przeciągiem.

27.01.2009. 20:42

Układ optyczny

Jednym ze sposobów rozwiązania tego problemu jest zamontowanie w czujniku detektora składającego się z dwóch elementów piroelektrycznych. Oznacza to, że dla takiego samego układu optycznego, czujnik z dwoma piroelektrykami "widzi" dwa razy więcej stref detekcji, niż w przypadku czujnika z jednym elementem. Przy czym strefy widzenia elementu 1 i elementu 2 znajdują się blisko siebie w płaszczyźnie poziomej (czasami nawet mogą częściowo się pokrywać). W celu skutecznej eliminacji fałszywych alarmów sumuje się sygnały z obu elementów, przy czym elementy te są ze sobą połączone w ten sposób, że zmiana ich polaryzacji, na skutek detekcji promieniowania, jest zawsze przeciwna w jednym elemencie w stosunku do drugiego

W układzie zastępczym C jest pojemnością wypadkową detektora , R rezystancją uwzględniającą rezystancję upływności i obciążenia, V0 jest wyindukowanym napięciem na elektrodach detektora oraz V napięciem wyjściowym.

27.01.2009. 20:42

Na pewno twoje zainteresowanie wznieci ten serwis internetowy: Performance Media. Słyszałem, że ta witryna internetowa będzie perfekcyjna: Wyciągi narciarskie. Ten serwis www jest jednym z najlepszych portali www naszych przyjaciół: język html. Sufrując po sieci www da się odkryć sporo rozmaitych stron. Sądzę, że ta Ci się spodoba: treppen.