Тепловизоры (термографические камеры).

Существуют тепловизоры с охлаждаемой и неохлаждаемой матрицей. Тепловизоры с охлаждаемой матрицей являются стационарными и требуют применения сложной и громоздкой охлаждающей аппаратуры, однако обеспечивают более высокое качество изображения. В тепловизорах с охлаждаемой матрицей используются ПЗС-матрицы из узкозонных полупроводников (антимонид индия, арсенид индия, теллурид кадмия-ртути, сульфид свинца, селенид свинца). Матрица помещается в сосуд Дьюара, охлаждаемый до температуры 60-100 K с помощью холодильных машин, работающих по обратному циклу Стирлинга, или эффекта Джоуля-Томсона (изменение температуры газа, находящегося под высоким давлением, при его медленном истечении через узкое отверстие или пористую перегородку). Охлаждение необходимо, так как из-за малой ширины запрещенной зоны переход электронов из валентной зоны в зону проводимости будет происходить при высоких температурах в результате поглощения тепловой энергии. В тепловизорах с неохлаждаемой матрицей используются микроболометры, а также пироэлектрические и сегнетоэлектрические материалы. Болометр – это устройство для измерения мощности электромагнитного излучения путем нагрева материала с температурно-зависимым электрическим сопротивлением. Основным элементом микроболометра является чувствительный элемент из материала, поглощающего ИК-излучение и имеющего высокий ТКС. В качестве такого материала обычно используют аморфный кремний или оксид ванадия. Также может использоваться манганит бария-лантана (La,Ba)MnO₃, демонстрирующий вблизи комнатной температуры фазовый переход «металл-изолятор».

 

Рисунок …

Диоксид ванадия VO₂ имеет низкое сопротивление (+), но подвергается фазовому переходу «металл-изолятор» около 67 °C (–) и имеет низкий ТКС (–). Пентаоксид ванадия V₂O₅ имеет высокое сопротивление (–) и высокий ТКС (+). Оптимальным является использование нестехиометрического оксида ванадия VO_1,8, в котором отношение числа атомов кислорода и ванадия не представимо в виде отношения натуральных чисел из-за наличия кристаллографических дефектов. Чувствительный элемент находится над кремниевой интегральной микросхемой считывания сигналов на мостовидной опорной структуре, обеспечивающей благодаря вакуумному зазору тепловую изоляцию чувствительного элемента от микросхемы. Так как часть ИК-излучения проходит через чувствительный элемент, то под ним располагают отражатель из титана, который перенаправляет прошедшее излучение обратно на чувствительный элемент.

Пироэлектрические материалы генерируют временное напряжение при изменении температуры. При сохранении постоянного значения температуры напряжение постепенно исчезает из-за наличия тока утечки. В отличие от термоэлектричества пироэлектрический эффект может возникать при равномерном нагреве материала: в случае термоэлектричества для возникновения напряжения необходим градиент температуры, то есть неравномерность нагрева. В отличие от пироэлектричества напряжение, генерируемое при термоэлектрическом эффекте, является постоянным, то есть не меняется при сохранении постоянства температуры.

Для сегнетоэлектриков характерно наличие спонтанной (остаточной) электрической поляризации, знак которой может быть изменен путем приложения электрического поля. Сегнетоэлектрические детекторы ИК-излучения эксплуатируются вблизи температуры фазового перехода, сопровождающегося изменением структуры кристаллической решетки. В области фазового перехода поляризация сегнетоэлектрика сильно зависит от температуры. К числу пиро- и сегнетоэлектрических материалов, применяемых в детекторах ИК-излучения, относятся ЦТС, ЦТСЛ (цирконат-титанат свинца-лантана), танталат свинца-скандия, титанат свинца, титанат свинца-лантана, ниобат свинца-цинка, титанат свинца-стронция, титанат бария, титанат бария-стронция, ПВДФ, сульфоиодид сурьмы SbSI.

Оптические элементы тепловизоров, включая линзы, изготавливаются из материалов, прозрачных для ИК-излучения: кремний, германий, халькогенидные стекла (халькогениды – бинарные соединения халькогенов (элементов 6-й группы периодической системы: S, Se, Te) с металлами; халькогенидные стеклообразные полупроводники – стеклообразные материалы на основе соединений халькогенов с элементами 5-й (As, Sb) или 4-й (Si, Ge) групп), оптическая керамика типа «иртран» (Иртран-1 – MgF₂, Иртран-2 – ZnS, Иртран-3 – CaF₂, Иртран-4 – ZnSe, Иртран-5 – MgO, Иртран-6 – CdTe).

Типичными применениями тепловизоров являются контроль теплового состояния зданий (утечек тепловой энергии из-за ненадежности теплоизоляции), контроль состояния электропроводки (места ненадежного крепления и коррозии проводников подвержены нагреву), контроль теплового состояния электронных компонент (температур нагрева и эффективности охлаждения), контроль коррозии листовых материалов (например, обшивки аэрокосмической техники и кораблей) и труб. Для контроля коррозии труб, заполненных горячей жидкостью, может использоваться пассивная термография, то есть термография, не требующая применения внешних источников нагрева. Участки трубы, подверженные коррозии, будут обладать повышенной теплоотдачей и будут иметь повышенную температуру. Для контроля коррозии листовых материалов используется активная термография, в которой применяются внешние источники нагрева, например, лампы-вспышки. Путем нагрева объекта и наблюдения за его последующим охлаждением можно построить карту распределения толщины, так как более толстые участки охлаждаются быстрее.

а) б) в) г)

Рисунок …: а) термографическое изображение здания, демонстрирующее плохую термоизоляцию радиатора возле окна; б) термографическое изображение трехфазной электропроводки, центральный контакт имеет повышенную температуру из-за ненадежного крепления; в) термографическое изображение компьютерного чипа; г) термографическое изображение листового материала с признаками коррозии, источники http://www.radio101.de/thermography/house-thermal-imaging.htm, http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Other%20Methods/IRT/IR_Applications.htm

Вибротермография представляет собой метод неразрушающего контроля, в котором дефекты контролируемого объекта становятся видимыми в инфракрасной части спектра благодаря фрикционному нагреву, возникающему при воздействии на объект ультразвуковых колебаний (http://interjacm.wordpress.com/article-3/about-aerospace-composite-3/quality-assurance-2/non-destructive-testing/vibrothermography/). Частотный диапазон возбуждения составляет от 20 до 100 кГц.

В синхронной (модуляционной) вибротермографии (lock-in vibrothermography) ультразвуковые колебания модулируются по амплитуде низкочастотной огибающей с частотой порядка 0,1 Гц, в результате чего температура объекта контроля меняется с частотой модуляции, что равносильно возникновению тепловых волн, источниками которых являются дефекты.

Рисунок …

На амплитуду температуры объекта будут оказывать влияние неоднородность излучательной способности поверхности и отражения тепловых волн от поверхностей объекта. При использовании в качестве информативного параметра фазового смещения температуры объекта относительно модулирующего сигнала влияние указанных эффектов устраняется и на изображении отображаются лишь дефекты. Так как фазовое смещение связано со временем распространения тепловой волны от дефекта к поверхности объекта, оно указывает на глубину расположения дефекта. Для получения информации об амплитуде и фазовом смещении температуры объекта может использоваться преобразование Фурье сигнала, поступающего от каждого из пикселей термографической камеры. Помимо ультразвуковых колебаний периодический нагрев объекта может производиться с помощью ламп-вспышек, микроволнового излучения, вихревых токов и других методов: в этих случаях говорят о синхронной термографии. При использовании нагрева с помощью ламп-вспышек и микроволнового излучения использование фазовой информации позволяет устранить эффекты, связанные с неравномерностью освещения объекта и неравномерностью поглощения излучения.

а) б)

Рисунок … – Изображение фюзеляжа вертолета: а) термографическое изображение, видны неравномерность нагрева, связанная с неравномерностью освещения, и обслуживающий персонал; б) фазовое изображение, полученное с помощью синхронной термографии, области ударного повреждения видны в виде пятен, источник http://www.ndt.net/article/ecndt98/aero/018/018.htm

Рисунок … – Изображение чашки с трещиной: а) термографическое изображение, видна часть лаборатории и термографическая камера с апертурой охлаждаемого детектора в виде темного пятна, трещина практически неразличима; б) фазовое изображение, полученное с помощью синхронной термографии, видна лишь трещина, источник

Так как ослабление тепловой волны, характеризуемое длиной тепловой диффузии μ = (2α/ω)^1/2, где α – коэффициент диффузии тепла (коэффициент температуропроводности), зависит от частоты ω, то, изменяя частоту модуляции, можно наблюдать дефекты, расположенные на различных глубинах. Например, при высоких частотах будут наблюдаться лишь поверхностные дефекты.

В импульсной ультразвуковой фазовой термографии (ultrasound burst phase thermography) используются ультразвуковые импульсы в виде тоновых посылок, то есть ультразвуковые колебания, промодулированные прямоугольным импульсом. Спектр такого импульса содержит широкую полосу частот, что позволяет, анализируя с помощью преобразования Фурье спектр сигналов, поступающих с пикселей термографической камеры, на различных частотах, получать информацию о дефектах, расположенных на различных глубинах.

Для исключения возникновения стоячих волн в результате совпадения частоты ультразвуковых колебаний с собственной частотой колебаний объекта контроля в вибротермографии может использоваться частотная модуляция возбуждения. При возникновении стоячих волн дефект может оказываться скрытым в узле стоячей волны, а пучность стоячей волны может быть ошибочно принята за дефект.

Ультразвуковое возбуждение объекта контроля может осуществляться как контактным способом с помощью низкочастотных ультразвуковых концентраторов, так и бесконтактным способом, в том числе путем передачи ультразвуковых колебаний через воздух. В последнем случае возникают лишь малые изменения температуры объекта, что связано с низкой эффективностью передачи ультразвука через воздух (причиной является несогласованность волновых сопротивлений воздуха и материала объекта).

Эндоскопия. Промышленные эндоскопы применяются для визуального осмотра труднодоступных областей внутри технических объектов, прямой осмотр которых возможен только после разборки объекта. Промышленные эндоскопы иногда называют бороскопами (от англ. bore – отверстие). Различают жесткие и гибкие эндоскопы. В жестких эндоскопах передача изображения производится через систему линз, установленных внутри жесткой трубки. В гибких эндоскопах для передачи изображения используются гибкие волоконно-оптические жгуты, которые позволяют вводить эндоскоп в контролируемый объект по криволинейной траектории. В жестких эндоскопах для удлинения оптической системы между объективом и окуляром вводится последовательность промежуточных линз, которые выполняются в виде ахроматических дублетов или стержневых линз Хопкинса.

Рисунок …

Ахроматический дублет представляет собой систему из склеенных между собой двояковыпуклой и плоско-вогнутой или двояковогнутой линз, используемую для коррекции хроматических аберраций. В одиночной линзе вследствие дисперсии свет с различными длинами волн фокусируется в различных точках. В дублете из-за различия в дисперсии его элементов свет с двумя различными длинами волн (обычно соответствующими синему и красному цветам) фокусируется в общей точке. Двояковыпуклая линза изготавливается из стекла с высокой дисперсией (например, крона), а плоско-вогнутая/двояковогнутая линза – из стекла с малой дисперсией (например, флинта). Ахроматические дублеты хорошо подходят для использования в эндоскопах большого диаметра. В системах с линзами Хопкинса воздушные зазоры между линзами заменяются стеклянными стержнями с высокоточно-обработанными полированными концами. Достоинствами систем с линзами Хопкинса являются улучшенная светопередача (увеличение яркости, контраста и разрешения получаемого изображения) и более широкое поле зрения. Такие системы используются в эндоскопах промежуточного диаметра. Недостатком систем с линзами Хопкинса является необходимость прецизионной обработки и центрирования множества оптических элементов малых размеров. В эндоскопах малого диаметра используются градиентные стержневые линзы. Одна градиентная линза способна заменить 24 оптических элемента в системе с линзами Хопкинса. Градиентная линза представляет собой стеклянный стержень с плоскими торцами, который способен фокусировать свет благодаря наличию в нем пространственного изменения (градиента) показателя преломления. В эндоскопах обычно используются градиентные линзы с показателем преломления, изменяющимся в радиальном направлении по параболическому закону. Такие линзы создаются из однородной стеклянной заготовки методом ионного обмена. Для этого заготовка погружается в расплав, содержащий ионы лития, и в результате диффузии часть ионов натрия в заготовке замещается ионами лития, что приводит к изменению показателя преломления. Наиболее сильное замещение и изменение показателя преломления происходят в поверхностном слое заготовки. В основе работы градиентной линзы лежит вариационный принцип Ферма, согласно которому траектория T распространения света в оптически-неоднородной среде соответствует минимальному значению оптического пути L (или времени распространения t = L/c₀, где c₀ – скорость света в вакууме):

L = ∫_T n(s)ds → min,

где s – дуговая координата, измеряемая вдоль траектории.

Типичная конструкция жесткого эндоскопа приведена на рисунке …

Рисунок …

В трубке из нержавеющей стали находятся две градиентные линзы, одна из которых играет роль объектива. Вокруг линз располагается волоконно-оптический жгут, служащий для подсветки контролируемого объекта. Подсветка создается с помощью светоизлучающего диода, расположенного в рукоятке эндоскопа.

Недостатком описанной конструкции является невозможность изменения направления осмотра. Для устранения этого недостатка используют жесткие эндоскопы с качающейся призмой.

Рисунок …

В таких эндоскопах перед объективом устанавливается качающаяся призма, изменяя угол поворота которой с помощью управляющего механизма, можно изменять направление осмотра в плоскости вращения призмы. Трубка с оптической системой имеет возможность вращения вокруг своей оси, что позволяет изменять положение плоскости вращения призмы. Таким образом, совокупность двух вращательных движений позволяет управлять направлением осмотра в пределах сферического сектора.

Терагерцовый неразрушающий контроль. Способ неразрушающего контроля, основанный на использовании терагерцовых электромагнитных волн, имеющих частотный диапазон 0,3..6 ТГц, промежуточный между инфракрасным излучением и миллиметровыми волнами. По аналогии с английским обозначением рентгеновского излучения X-rays терагерцовое излучение иногда обозначают в иностранной литературе как T-rays. В таблице … приведены сведения о проникающей способности терагерцового излучения и возможности его применения для получения объемных и поверхностных изображений различных материалов.

Таблица …

Материал	Проникающая способность	Возможность получения объемных изображений	Возможность получения поверхностных изображений
Металлы	отсутствует	–	+
Пластмассы (с низким ε)	высокая	+	+
Пластмассы (с высоким ε)	промежуточная	ограничена	+
Стекловолоконные композиты (стеклопластики)	промежуточная	ограничена	+
Однонаправленные углеволоконные композиты	промежуточная (для поляризованного излучения)	ограничена	+
Многонаправленные углеволоконные композиты	отсутствует	–	+
Кожа человека, вода	низкая	низкая	+

 

Возможность терагерцового излучения проникать через оптически-непрозрачные материалы, такие как ткани и полимерные материалы, в сочетании с сильным отражением от поверхности кожи используется для обнаружения на теле человека скрытого оружия, наркотических и взрывчатых веществ и других запрещенных предметов. Однако с использованием данного метода обеспечения безопасности связаны определенные морально-этические проблемы, так как тело человека представляется на терагерцовом изображении в обнаженном виде.

Рисунок …

http://spie.org/x41033.xml

Пассивный терагерцовый контроль регистрирует собственное тепловое излучение тела человека на частоте 0,35 ТГц, в результате чего отображается лишь распределение температуры на теле человека без отображения анатомических деталей.

Рисунок …

Наличие на теле запрещенных предметов, например, оружия, блокирует исходящее от тела терагерцовое излучение, в результате чего на изображении отображается контур скрытого на теле предмета.

http://en.wikipedia.org/wiki/Transition_edge_sensor

В системах пассивного терагерцового контроля излучение от объекта поглощается дипольной антенной, размещенной на мембране из нитрида кремния толщиной 1 мм. Из-за низкой теплопроводности нитрида кремния поглощение излучения приводит к измеримому нагреву поглотителя, который регистрируется сверхпроводящим болометром (transition-edge bolometer).

Рисунок …

Чувствительным элементом болометра является сверхпроводящий терморезистор, находящийся при температуре, близкой к переходу «сверхпроводник - нормальный проводник». Незначительный нагрев терморезистора при такой температуре приводит к увеличению его сопротивления, в результате чего снижается сила протекающего через терморезистор тока. Последовательно с терморезистором включается катушка индуктивности, индуктивно связанная с контуром СКВИДа. Изменение тока в катушке приводит к изменению магнитного потока через контур СКВИДа, что регистрируется в виде электрического сигнала.

Терагерцовая спектроскопия, то есть исследование частотной зависимости поглощения или отражения терагерцовых волн, может использоваться для дифференциации материалов, в том числе для выявления потенциально опасных материалов (взрывчатые вещества, наркотики, споры бактерий).

При исследовании пластмасс, стеклопластиков и углеволоконных композитов терагерцовый неразрушающий контроль может выступать в качестве альтернативы ультразвуковой дефектоскопии и рентгенографии. Достоинствами терагерцового контроля являются отсутствие необходимости в использовании контактных жидкостей и отсутствие необходимости защиты от ионизирующих излучений.

http://www.fujitsu.com/global/news/pr/archives/month/2011/20110912-01.html

Под микроволнами понимают электромагнитное излучение с длинами волн от 1 мм до 1 м (частотами от 300 МГц до 300 ГГц), промежуточное между инфракрасным излучением и радиоволнами.

Микроволновое излучение может создаваться с помощью специальных вакуумных трубок и твердотельных источников.

В твердотельных источниках для генерации микроволн используются туннельные диоды, диоды Ганна (Gunn diode) и лавинно-пролетные диоды (IMPATT-диоды, IMPATT = IMPact ionization Avalanche Transit Time diode).

Туннельный диод имеет высоколегированный p-n-переход малой ширины (около 10 нм) и ВАХ с участком отрицательного дифференциального сопротивления r_diff = du/di (http://en.wikipedia.org/wiki/Negative_resistance). В случае туннельного диода и диода Ганна используется термин «управляемое напряжением отрицательное сопротивление», так как отрицательное дифференциальное сопротивление проявляется при приложении к диоду определенного напряжения смещения и зависит от величины этого напряжения. ВАХ в этом случае характеризуется многозначной зависимостью напряжения от тока.

Рисунок …

Туннельный диод, связанный с резонансной цепью или объемным резонатором (cavity), дает очень устойчивый осциллятор в случае, когда напряжение смещения соответствует центральной точке участка отрицательного дифференциального сопротивления (0.5(V₁+V₂)) (http://www.tpub.com/neets/book11/45j.htm). Туннельные диоды используются в маломощных источниках микроволн с мощностью до нескольких мВт и частотой до 10 ГГц. Источники микроволн на основе туннельных диодов допускают механическую или электронную подстройку частоты в диапазоне до 1 октавы (в 2 раза). В качестве резонансной цепи обычно используются различные формы линий передач (коаксиальные линии передач, волноводы и т.п.). Частота осцилляций соответствует резонансной частоте цепи или объемного резонатора. В качестве примера на рисунке … приведена схема источника микроволн, в котором туннельный диод связан с объемным резонатором с механически подстраиваемой резонансной частотой посредством короткой проволочной антенны, смещенной относительно центра резонатора.

Рисунок … (энергия отводится из резонатора с помощью коаксиальной линии передач с петлевой антенной – петля образована коротким соединением центрального проводника коаксиальной линии с корпусом резонатора)

Частота резонатора также может подстраиваться электронным способом путем изменения напряжения смещения или путем включения в цепь варактора (варикапа) и изменения напряжения на нем. Варактор (варикап) – это диод с управляемой напряжением емкостью.

Рисунок …

Используется в режиме обратного смещения. При этом емкость обратно пропорциональна толщине запирающего слоя и квадратному корню из напряжения смещения.

Рисунок …

Запирающий слой – это слой с повышенным электрическим сопротивлением, обедненный основными носителями заряда, возникающий при контакте двух полупроводников с разными типами проводимости. При контакте полупроводника n-типа с полупроводником p-типа электроны из полупроводника n-типа переходят в результате диффузии в обедненный ими полупроводник p-типа. В результате этого в полупроводнике n-типа образуется область, обедненная электронами. В результате диффузии дырок из полупроводника p-типа в полупроводник n-типа в полупроводнике p-типа образуется область, обедненная дырками. Области, обедненные основными носителями заряда, образуют двойной электрический слой с полем E_к, препятствующем дальнейшей диффузии носителей заряда. В зависимости от направления внешнего электрического поля (прямое или обратное включение диода) запирающий слой может сужаться или расширяться, что приводит к снижению или увеличению сопротивления.

http://en.wikipedia.org/wiki/Microwave_cavity

Объемные электромагнитные резонаторы представляют собой замкнутые или большей частью замкнутые полые или заполненные диэлектриком металлические структуры, внутри которых сосредоточено электромагнитное поле. Подобно резонансным электрическим цепям объемный резонатор обладает резонансными частотами, которые зависят от его формы и размеров, а также от электромагнитных свойств заполняющего резонатор диэлектрика. Внешняя энергия подводится в резонатор через малую апертуру, с помощью проволочной антенны или петлевой антенны (loop coupling). Из граничных условий на стенках резонатора (равенство нулю тангенциальной составляющей напряженности электрического поля и нормальной составляющей индукции магнитного поля) следует условие, согласно которому в длину резонатора должно укладываться целое число полуволн. Для прямоугольного резонатора резонансные частоты определяются формулой

,

где m, n, l – целые числа, характеризующие порядок моды колебаний,

a, b, d – размеры резонатора,

c – скорость света в вакууме,

μ_r, ε_r – относительная магнитная и диэлектрическая проницаемости диэлектрика, заполняющего резонатор,

k_mnl – волновые числа.

Резонатор может быть представлен в виде эквивалентной резонансной цепи с емкостью и индуктивностью, определяемыми выражениями

,

,

где V – объем резонатора.

В случае поперечных электрических мод (TE-мод) E_z = 0, а в случае поперечных магнитных мод (TM-мод) B_z = 0. В качестве примера на рисунке показано распределение напряженностей электрического и магнитного полей в прямоугольном резонаторе для TM₁₁₀-моды.

Рисунок …

В диоде Ганна в отличие от других диодов используется только полупроводник n-типа: между двумя высоколегированными областями располагается тонкая низколегированная область (структура типа n⁺-n-n⁺). Вследствие симметричной структуры диод Ганна в отличие от других диодов обладает двусторонней проводимостью и не может использоваться в качестве выпрямителя. Рабочие частоты диодов Ганна на основе арсенида галлия составляют до 200 ГГц, а диодов на основе нитрида галлия – до 3 ТГц. На основе диодов Ганна строятся мощные источники микроволн с мощностью до 1 Вт.

Рисунок …

Лавинно-пролетные диоды имеют рабочие частоты от 3 до 100 ГГц и выходную мощность до 1 Вт в непрерывном режиме и до 400 Вт в импульсном режиме.

http://www.radio-electronics.com/info/data/semicond/impatt/impatt-diode-operation-theory.php

http://www.globalspec.com/reference/25166/203279/chapter-1-importance-of-inp-properties-in-devices

Статическая ВАХ лавинно-пролетного диода не имеет участка отрицательного дифференциального сопротивления и напоминает статическую ВАХ обычного диода. Отрицательное сопротивление является в случае лавинно-пролетного диода динамическим эффектом, проявляющемся на переменном токе и состоящем в возникновении 180-градусного фазового смещения между приложенным к диоду переменным напряжением и протекающим через него переменным током. Лавинно-пролетные диоды работают в режиме обратного смещения. К диоду прикладывается постоянное напряжение обратного смещения, близкое по величине к напряжению пробоя, и переменное напряжение малой амплитуды. Таким образом, в положительном полупериоде переменного напряжения суммарное напряжение смещения оказывается больше напряжения пробоя, а в отрицательном полупериоде – меньше напряжения пробоя. Пробой возникает в узкой области вблизи p-n-перехода, в которой напряженность электрического поля достигает максимального значения и превышает напряженность поля пробоя (лавинная или инжекционная область, avalanche or injection zone). В результате воздействия сильного электрического поля электроны приобретают кинетическую энергию, достаточную для ударной ионизации – генерации новых носителей заряда в результате соударения электронов с атомами кристаллической решетки. Образовавшиеся носители заряда также приобретают кинетическую энергию и участвуют в ионизации новых атомов, то есть возникает цепная (лавинообразная) реакция генерации носителей заряда, при которой концентрация носителей заряда растет во времени по экспоненциальному закону.

Рисунок …, U_B – напряжение пробоя

Концентрация носителей заряда в лавинной области достигает своего максимального значения, когда суммарное напряжение смещения снижается до своего среднего значения, что равносильно 90-градусному фазовому смещению. Образовавшиеся в результате ударной ионизации электроны движутся через i-область диода (пролетную или дрейфовую область, transit or drift zone) к n⁺-области. При этом длина дрейфовой зоны выбирается таким образом, чтобы время пролета соответствовало половине периода переменной составляющей напряжения смещения – в этом случае ток будет протекать через диод до конца отрицательного полупериода. Фазовое смещение между током и переменной составляющей напряжения смещения будет составлять в этом случае 180 градусов, так как отрицательной полуволне напряжения смещения будет соответствовать положительная (относительно среднего значения) полуволна тока (ток протекает в направлении постоянной составляющей напряжения смещения, а переменная составляющая в отрицательном полупериоде направлена против постоянной составляющей).

http://en.wikipedia.org/wiki/Continuous-wave_radar

http://en.wikipedia.org/wiki/Doppler_radar

http://en.wikipedia.org/wiki/LIDAR_speed_gun

http://en.wikipedia.org/wiki/Radar_gun

http://en.wikipedia.org/wiki/Semi-active_radar_homing

В доплеровских радарах микроволны используются для получения информации о скорости движения удаленных объектов на основе эффекта Допплера. В доплеровских измерителях скорости, применяемых полицией, используются микроволны с частотами от 18 до 40 ГГц. Доплеровское смещение определяется методом гетеродинирования, то есть смешения (перемножения) сигнала от приемной антенны с опорным сигналом от генератора. При смешении возникают сигналы с частотами 2f₀ + f_D и f_D, из суммы которых с помощью ФНЧ выделяется низкочастотный сигнал с частотой f_D.

Рисунок …

В измерителях скорости, используемых полицией, излучатель и приемник находятся вблизи друг друга, в связи с чем их относят к моностатическим радарам. В бистатических радарах излучатель и приемник находятся на значительном расстоянии друг от друга. При этом излучатель является сравнительно дорогостоящим и сложным по конструкции, а приемник – дешевым и простым. Бистатические радары используются в полуактивных системах наведения ракет класса «земля-воздух» и «воздух-воздух». При этом излучатель находится на земле (обычно вблизи точки запуска ракеты) или на борту воздушного судна, с которого производится запуск, а приемник – на борту ракеты. Излучатель следит за целью, непрерывно «освещая» ее микроволновым излучением, а приемник регистрирует излучение, отраженное от цели. Параметры зарегистрированного приемником излучения используются для коррекции траектории движения ракеты.

Рисунок …

В медицине микроволновые доплеровские измерители скорости используются для бесконтактного измерения частоты сердечных сокращений и респираторных движений. Скорость движений грудной клетки, возникающих в результате сердечной деятельности и дыхания, регистрируется по доплеровскому смещению отраженного от грудной клетки микроволнового излучения. При этом частота респираторных движений лежит в интервале 0,1-0,3 Гц, а частота сердечных сокращений – в интервале 1-3 Гц, что позволяет разделить перемещения грудной клетки, вызванные этими процессами, между собой.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: