Радіовимірювальний прилад для визначення потужності оптичного випромінювання на основі піроелектричних первинних перетворювачів

Abstract

У дисертаційній роботі покращено метрологічні параметри чутливості та точності вимірювання потужності оптичного випромінювання при використанні піроелектричного первинного перетворювача та радіовимірювального приладу. У ній досліджено процес перетворення оптичного випромінювання в частотний сигнал у піроелектричних і транзисторних структурах. Обґрунтовано метод вимірювання потужності оптичного випромінювання на основі піроелектричного елементу та реактивних властивостей транзисторних структур, що дозволяє значно підвищити його чутливість. Також досліджено природу процесів, що перебігають в радіовимірювальному приладі під дією потужності оптичного випромінювання, яка дає можливість врахувати вплив на активну і реактивну складові повного опору, що дозволяє оцінити дію зовнішніх інформаційних параметрів на елементи нелінійних еквівалентних схем. Розроблені частотні перетворювачі та радіовимірювальний прилад потужності оптичного випромінювання мають метрологічні характеристики (чутливість 11,2 кГц/мВт, сумарна похибка 0,18 %), сумісні з цифровими системами обробки інформації. Прилад має підвищену чутливість, ширший діапазон вимірюваних потужностей, меншу граничну похибку, більшу точність вимірювання, а також ширший робочий діапазон частот, який дозволяє вимірювати одночасно в різних точках простору і отримувати дані на дисплеї персонального комп’ютера та зберігати виміряну інформацію у окремий файл, що, в свою чергу, дає змогу вважати його ефективним для вимірювання потужності оптичного випромінювання.

Работа состоит из анализа современных достижений в области разработки радиоизмерительных приборов мощности оптического излучения, разработки математической модели пироэлектрического кристалла и схемы приемников на его основе и разработки математических моделей радиоизмерительных приборов на основе пироэлектрических первичных преобразователей. А также рекомендаций к проектированию радиоизмерительного прибора для определения мощности оптического излучения на основе частотного преобразователя. В диссертационной работе улучшено метрологические параметры чувствительности и точности измерения мощности оптического излучения при использовании пироэлектрического первичного преобразователя и радиоизмерительного прибора. В ней исследован процесс преобразования оптического излучения в частотный сигнал в пироэлектрических и транзисторных структурах. Обоснован метод измерения мощности оптического излучения с использованием пироэлектрического элемента и реактивных свойств транзисторных структур, что позволяет значительно повысить чувствительность его измерения. В работе в научном плане впервые предложено осуществлять измерения мощности оптического излучения на основе пироэлектрического чувствительного элемента и реактивных свойств транзисторных структур, разработаны и исследованы математические модели пироэлектрического кристалла и транзисторных структур, разработаны аналитические выражения для расчета параметров пироэлектрического частотного преобразователя.

The thesis involved developing improved metrological parameters such as sensitivity and accuracy of measurement of optical power using a pyroelectric primary converter and radiomeasuring devices. It examines the process of conversion of optical radiation in the frequency signal in pyroelectric and transistor structures. This method of measuring optical power from the pyroelectric element and reactive properties of transistor structures that can significantly increase the sensitivity of its measurement. Also, the nature of the processes occurring in the radiomeasuring devices under optical power, which enables to take into account the effect of the active and reactive components of the impedance, which allows us to estimate the effect of external information parameters for each nonlinear equivalent circuits. Developed frequency converters and radiomeasuring devices optical power with metrological characteristics (sensitivity 11.2 kHz / mW, the total error of 0.18%), compatible with digital information processing system. The device has a high sensitivity, a wider range of measured capacity smaller margin of error, greater accuracy and a wider operating frequency range, which allows to measure simultaneously at different points in space and receive data on the PC display and store the measured information in a separate file that, in turn, allows us to consider it effective for measuring optical power.