Nghiên cứu xây dựng hệ đo nhiễu và năng suất phát hiện

Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng M U S phỏt trin mnh m ca khoa hc v k thut ang tng ngy, tng gi em li din mo mi cho tt c cỏc lnh vc ca xó hi Trong quõn s, cỏc v khớ khụng ngng c ci tin nhanh hn, mnh hn, hiu qu hn cỏc cuc chin Mt nhng loi v khớ c nghiờn cu v s dng rng rói hin l cỏc tờn la cú gn cỏc u t dn hng ngoi Vi nhng u im vt tri v s c ng, tớnh hiu qu tỡm dit cỏc mc tiờu: Tờn la, mỏy bay tm thp,ca i phng, nhng tờn la ny ó v ang c s dng, nghiờn cu, phỏt trin rng rói quõn i nhiu quc gia ụi mt ca khớ ti ny l cỏc cm bin hng ngoi dng quang tr õy l loi cm bin m nguyờn lý hot ng da trờn hiu ng quang dn bc x hng ngoi gõy vi cỏc vt liu bỏn dn vựng cm hp Bc x hng ngoi l nhng súng in t cú bc súng di hn bc súng ca ỏnh sỏng nhỡn thy, nm khong t 0,75àm n 1000 àm [da vo khong bc súng cú th chia thnh cỏc loi: hng ngoi gn (0,75àm n àm), hng ngoi trung bỡnh (3àm n 6àm), hng ngoi xa (6 àm n 15 àm), hng ngoi siờu xa (> 15 àm)] Do c tớnh khụng th quan sỏt bng mt thng v cú kh nng gõy nờn cỏc hin ng: nhit in, in, quang in, nờn bc x hng ngoi c s dng lm tớn hiu thu, phỏt quan trng lnh vc quõn s Quỏ trỡnh nghiờn cu v cm bin hng ngoi v cỏc h thit b o c kốm theo ó c tin hnh t cui nhng nm 1800, nhng n chin tranh Th Gii th thỡ cỏc cm bin hng ngoi mi bt u c a vo s dng quõn s Ton b cỏc quy trỡnh thit k, ch to, o c cỏc thụng s ca cỏc loi cm bin hng ngoi núi chung v quang tr hng ngoi núi riờng s dng lnh vc quõn s l nhng mt cụng ngh m cỏc nc khụng chuyn giao cho nc khỏc õy chớnh l lý m nhng nghiờn cu chuyờn sõu v quang tr hng ngoi s dng quõn s Vit Nam cũn gp rt nhiu khú khn trờn ng ch to, kho sỏt, tin ti a cỏc quang tr hng ngoi vo thay th cho cỏc linh kin c hoc cung cp cho Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng cỏc v khớ mi sn xut Trc yờu cu cp thit ca quõn i, nhúm nghiờn cu ti B mụn Vt lý Khoa Húa Lý K thut, Hc vin K thut Quõn s ó v ang tin hnh nghiờn cu, ch to, kho sỏt cỏc quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng phc v cho nhu cu quc phũng Nghiờn cu v nhiu v xỏc nh nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi l nhng cú ý ngha quan trng vỡ nú cho phộp ỏnh giỏ cht lng v trin vng ng dng thc tin ca quang tr hng ngoi, c bit lnh vc quõn s Vỡ vy tỏc gi ó chn ti Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng Mc tiờu ca ti l xõy dng mt h thit b kh nng o cỏc thụng s c trng ca quang tr hng ngoi, phc v cho vic kho sỏt, ỏnh giỏ, so sỏnh cng nh hiu chnh cụng ngh ch to quang tr hng ngoi Ngoi phn M u, Kt lun v Danh mc ti liu tham kho, lun c trỡnh by chng: Chng 1: Tng quan Chng 2: Thc nghim xõy dng h o Chng 3: Kt qu v tho lun Trong quỏ trỡnh thc hin lun vn, ó xõy dng thnh cụng h o cỏc thụng s ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng Cỏc kt qu o c cỏc mu quang tr ca Nga trờn c s s dng h o ó xõy dng phự hp vi cỏc s liu c cung cp bi phớa i tỏc, ng thi phõn tớch mt s thụng s k thut quan trng ca quang tr s dng mc ớch quõn s Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng CHNG 1: TNG QUAN 1.1 Tng quan v quang tr hng ngoi 1.1.1 Lch s phỏt trin Trong lnh vc quõn s, ngi ta thng vớ cỏc cm bin hng ngoi nh nhng ụi mt ca cỏc cuc chin Cỏc quc gia cú nn quõn s phỏt trin nh M, Nga, Trung Quc, luụn coi lnh vc phỏt trin cỏc cm bin hng ngoi l mt lnh vc trng im nhm to nhng u th vt tri so vi i th cỏc cuc chin Cm bin hng ngoi cú vai trũ quan trng cỏc ng dng quõn s nh: Thu thp mc tiờu, tỡm kim v theo du mc tiờu, ch th mc tiờu Bờn cnh ú, cỏc cm bin hng ngoi cũn c ng dng nhiu lnh vc dõn s nh: Cụng nghip ụtụ, hng khụng, y t, kim tra cht lng sn phm,theo thng kờ, khong mt thp k gn õy, th trng cm bin hng ngoi phỏt trin mnh m vi mc tng 70% v s lng v 40% v giỏ tr [3, 9, 14] Cm bin hng ngoi c chia thnh hai loi chớnh l cm bin quang v cm bin nhit, bt u c nghiờn cu t nhng nm 1800 bi William Herschel Quang tr hng ngoi thuc dũng cm bin quang, c bt u nghiờn cu, ch to v a vo ng dng t nhng nm 1940, s dng lp mng nhy hng ngoi l cỏc vt liu bỏn dn vựng cm hp nh PbS, PbSe, InSb, Quang tr s dng vt liu Lead sulfide (PbS) l dũng quang tr hng ngoi ng dng rng rói lnh vc quõn s vi nhim v nhn bit di bc súng hng ngoi t àm n àm, tr thnh mt b phn quan trng cỏc tờn la thụng minh sut chin tranh Th Gii th II v ti tn ngy Bờn cnh PbS, cỏc dng vt liu a dng khỏc ó v ang c nghiờn cu, ch to ng dng cho quang tr hng ngoi m rng di bc súng lm vic nh: Lead Selenide (PbSe), Lead Telluride (PbTe), Indium Antimonide (InSb) cung cp nhy tng i tt di bc súng hng ngoi trung bỡnh (3-6 àm), vt liu MCT - Mercury Cadmium Telluride (HgCdTe) cho phộp m rng di nhy ỏnh sỏng hng ngoi ti vựng hng ngoi xa (6-16 àm) Hin Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng cỏc nh khoa hc thuc cỏc trung tõm, vin nghiờn cu cu ti nhiu quc gia trờn th gii tip tc ci thin cỏc thụng s lm vic ca quang tr hng bng cỏch s dng cỏc vt liu mi v cu trỳc mi [12, 18, 19, 20] 1.1.2 Phõn loi Trờn bng 1.1 trỡnh by cỏch phõn loi cỏc loi quang tr hng ngoi thụng dng hin theo vt liu ch to, di bc súng v nhit lm vic [4, 7] Bng 1.1: Phõn loi quang tr hng ngoi Di bc súng lm vic Nhit lm vic (àm) (K) PbS n 3.6 300 PbSe 1.5 n 5.8 300 InSb n 213 HgCdTe n 16 77 Vt liu ch to Cỏc quang tr hng ngoi s dng vt liu PbS v PbSe vi di bc súng lm vic thuc vựng hng ngoi gn ( = 0.8 n 3m) cú th lm vic tt nhit phũng, khụng cn s dng ti h thng lm lnh Quang tr hng ngoi s dng vt liu InSb v HgCdTe cn s dng ti cỏc h thng lm lnh lm vic vựng hng ngoi trung bỡnh ( = n 6m) v vựng hng ngoi xa ( 6m ) Trong cỏc tờn la hin i ngy thng s dng song song hai loi quang tr vi hai di bc súng lm vic khỏc l PbS v InSb cho cỏc nhim v theo du mc tiờu, phõn bit mc tiờu tht v mc tiờu gi Cỏc quang tr hng ngoi ó v ang c nghiờn cu, ch to nhiu quc gia, cỏc cụng ty ln nh: FLIR, Raytheon, Locheed Martin, Northrop Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng Krumman, Boeing, L3 Electronics ca M; Softradir v EADS (Phỏp), BAE System (Anh), Reihmetal (c), Hamamatsu v NEC (Nht), Saphir (Nga), SCD (Israel), 1.1.3 Cu to Cỏc loi cm bin hng ngoi tựy theo mc ớch s dng m cú cu to khỏc Trờn hỡnh (1.1 v 1.2) ln lt l cu to thụng dng ca cm bin hng ngoi dng quang tr hot ng nhit phũng v hỡnh nh quang tr hng ngoi ca hóng Hamamatsu (Nht) [4, 5] (6) (3) (5) (4) (2) (1) Hỡnh 1.1 Cu to ca quang tr hng ngoi Hỡnh 1.2 Quang tr ca hóng Hamamatsu Cỏc thnh phn cu to c bn ca quang tr bao gm: (1): lm bng vt liu SiO2 (2): in cc ngoi thng s dng Au (3): Dõy ni thng s dng Ag (4): in cc S dng kim loi thớch hp m bo tip xỳc Ohmic Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng (5): Mng mng nhy hng ngoi (6): Lp ph bo v v chng phn x 1.1.4 Nguyờn lý hot ng Quang tr hng ngoi hot ng da trờn hiu ng quang dn cỏc vt liu bỏn dn cú vựng cm hp [17] Trong iu kin cha b chiu sỏng v nhit ca quang tr hng ngoi khụng i, linh kin ny ging nh mt in tr vi giỏ tr in tr ph thuc vo kớch thc hỡnh hc, bn cht ca vt liu ch to quang tr v nhit khụng i ú Khi c chiu sỏng bi cỏc bc x hng ngoi di bc súng thớch hp, quỏ trỡnh hp th vt liu bỏn dn cỏc phụ tụn ca bc x hng ngoi s to cỏc ht ti t (in t chuyn t vựng húa tr lờn vựng dn v l trng in tớch dng vựng dn) Kt qu l lm tng dn in ca vt liu hay gim in tr ca cỏc quang tr hng ngoi Trờn hỡnh (1.3) l mt mch tớn hiu n gin miờu t quỏ trỡnh ly tớn hiu dng in ỏp t s thay i in tr ca quang tr hng ngoi [2, 4, 17, 19,] RC R Vout VB Hỡnh 1.3 Mch tớn hiu t quang tr hng ngoi in ỏp ngun VB cp cho quang tr RC ni tip vi in tr R, tớn hiu in ỏp c ly t in tr R thay i cú bc x hng ngoi chiu ti quang tr Nhc Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng im quang tr hng ngoi hng ngoi hot ng da trờn hiu ng quang dn l hiu sut lng t ca cỏc cm bin hng ngoi loi ny thng khụng cao chựm dũng in t phi tri qua mt quóng ng bng chiu di ca quang tr nờn cú nhiu in t b tỏi hp tr li vi cỏc l trng in tớch dng, ngoi cỏc quang tr hot ng di bc súng hng ngoi trung bỡnh v di cn ti cỏc h thng lm lnh Tuy nhiờn, nh cú nhng u im nh: thi gian ỏp ng v nhy tng i cao, cu to n gin, gn nh, tin cy cao nờn cỏc linh kin quang dn ny c s dng rng rói nhiu ng dng quõn s v dõn s 1.1.5 Cỏc thụng s c trng ca quang tr hng ngoi Mi cm bin hot ng u cú mt b cỏc thụng s c trng c cung cp bi cỏc nh sn sut, i vi quang tr hng ngoi, nhng thụng s quan trng nht quyt nh ti kh nng hot ng cỏc ng dng m chỳng ta cn phi xỏc nh ú l: nhy (in ỏp), ngng nhy v nng sut phỏt hin, nhiu [4, 5, 26, 27] nhy in ỏp Su nhy in ỏp c nh ngha l t s gia giỏ tr bỡnh phng trung bỡnh ca tớn hiu in ỏp sinh trờn giỏ tr bỡnh phng trung bỡnh ca cụng sut bc x ti quang tr (1.1) Dng bin iu ca bc x l tớn hiu dng hỡnh sin hoc xung vuụng c to thụng qua b iu bin tớn hiu Su = Trong cụng thc ny, tớn hiu in ỏp, (1.1) U C2 j2 U C2 l bỡnh phng trung bỡnh hay giỏ tr hiu dng ca j2 l bỡnh phng trung bỡnh ca cụng sut bc x ti quang tr í ngha ca nhy in ỏp l ln ca tớn hiu in ỏp thay i trờn quang tr ng vi Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng mt n v cụng sut bc x chiu vo Trong phộp o c xỏc nh nhy in ỏp phi cú ngun bc x cỏc nhit khỏc v cú kh nng iu khin d dng cụng sut bc x phỏt v ph phỏt x Thit b ny giỳp cho chỳng ta d dng tớnh toỏn c chớnh xỏc cụng sut phỏt x cng nh ph bc x chiu ti quang tr Ngoi ra, bc x t ngun ny phi c bin iu thnh cỏc tớn hiu xoay vi nhng tn s nht nh phự hp vi yờu cu s dng tờn la Mt khỏc, thụng qua iu bin tớn hiu quang, tớn hiu in ỏp u ca cm bin cng cú dng xoay chiu v d dng tớnh toỏn giỏ tr bỡnh phng trung bỡnh ca in ỏp tớn hiu theo thi gian Nhiu Trong phộp o c, u ca quang tr, ngoi tớn hiu cú ớch cũn cú mt tớn hiu hn loi vi tn s v biờn ngu nhiờn, õy chớnh l nhiu ca quang tr [17, 28] Cỏc tớn hiu ny cú th dng in ỏp hoc dũng in v khụng quan h trc tip vi cụng sut tớn hiu phỏt x hay ph phỏt x Vỡ nhiu l mt quỏ trỡnh ngu nhiờn nờn giỏ tr ca nú phự hp nht l o dng bỡnh phng trung bỡnh ca biờn in ỏp ( U on ) Nhiu l thụng s quan trng, nú liờn quan n ngng nhy ca cm bin v cho phộp ỏnh giỏ cụng ngh ch to cng nh kh nng hot ng ca cm bin, ú o c ln ca nhiu v phõn tớch ph nhiu ca quang tr l mt nhng phộp o quan trng cn phi thc hin Trong quỏ trỡnh s dng quang tr tờn la cn thụng tin chi tit v biờn tớn hiu nhiu cỏc di tn s t ú thit k mch iu khin mt cỏch phự hp, tng chớnh xỏc bỏm mc tiờu, trỏnh nhiu ng gi Cỏc ngun nhiu: i vi quang tr hng ngoi, cỏc ngun nhiu ch yu cn quan tõm l: a Nhiu nhit: in t t cht bỏn dn u nm trng thỏi chuyn ng nhit hn loi Kt qu l mt thi im bt k no ú s lng Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng in t chuyn ng v hng ny s khỏc vi s lng in t v hng ngc li Vỡ vy trờn hai u ca quang tr s xut hin mt bin thiờn sut in ng di tn f1 f2 c xỏc nh bi cụng thc [17, 28]: f2 (1.2) U =4k.T. R(f).df T f1 Nu in tr ca quang tr khụng ph thuc vo tn s thỡ : (1.3) U T 4k.T R.f õy: R l in tr ca cm bin T l nhit ca cm bin k= 1,38.10-23 (J/K) f l di thụng b Nhiu thng giỏng ht ti: Dũng in l cỏc dũng ht ti Giỏ tr dũng in c xỏc nh bi s lng cỏc ht ti, cỏc ht ti ny li thng giỏng theo thi gian, vỡ vy sinh nhiu S thng giỏng dũng in c vit di dng [17, 28]: (1.4) if =2.e.i0 f i0 l giỏ tr trung bỡnh ca cỏc dũng in qua quang tr,e l in tớch ca electron Thng giỏng dũng if s sinh trờn tr ti mt in ỏp nhiu: (1.5) Uon.if =2.e.i0 R f c Nhiu phỏt sinh - tỏi hp: L thng giỏng v s lng v thi gian sng ca ht ti, cụng thc biu din cho ngun nhiu ny [17, 28]: Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng i g =i f N[1+(2 f ) ] (1.6) õy l thi gian sng ca ht ti, N l tng s ht ti t Thng giỏng dũng ig s sinh trờn tr ti mt in ỏp nhiu: U on.ig = i R f N[1+(2 f )2 ] (1.7) d Nhiu bc x: Nhiu ny xỏc nh bi s thng giỏng tớn hiu quang ri trờn quang tr tc l thng giỏng s lng phụtụn n quang tr t ngun bc x bờn ngoi cng nh t cỏc phn t khỏc ca cm bin nm gn phn t nhy [28] Thng giỏng cụng sut bc x t ngun phỏt l vt en tuyt i nhit TBB di tn f lờn quang tr cú in tớch A s l: (1.8) j2BB =8eT k.TBB .A.f õy: - Hng s Stefan Boltzmann A - Din tớch ca quang tr eT H s phỏt ca quang tr vỡ quang tr cng l vt phỏt cú nhit Tc vy thng giỏng dũng i t nú c vit: (1.9) jC2 =8eT k.Tc5 .A.f Tng ca thng giỏng s l: j2U =8eT k..A.f(TBB +Tc5 ) 10 (1.10) Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng f = 200 Hz f= 800 Hz f=1000 Hz 1200 Tần số (Hz) 1100 1200 1100 1000 1000 900 900 800 800 700 700 600 600 500 500 400 400 300 300 200 200 100 100 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 Thời gian (Phút) Hỡnh 3.6 n nh ca tn s iu bin theo thi gian 3.4 Khi cm bin v tin khuch i v khuch i lc tn 3.4.1 Mch in v v Mch in ca cm bin v tin khuch i v khuch i lc tn c thit k trờn phm mm Proteous 7.0 Cỏc linh kin v cỏc dõy dn c sp xp hp lý gim nhiu v trỏnh chp, trờn mch in b trớ sn cỏc l hng cú th vớt c nh vo v thit b V hp c lm bng tụn vi kớch thc (rng 26 cm x di 34 mm x cao 11 mm), lng 1420 (g) Hai bờn cnh ca v hp, b trớ cỏc khe h giỳp khụng khớ cú th d dng i lu, lm mỏt t nhiờn cỏc linh kin in t Trờn hỡnh 3.7 l v ca b khuch i lc tn, phớa l mch in ca lc tn v mt phn cm bin Phn cũn li ca cm bin c ni ngoi v gn trờn ray bng st phớa sau b iu bin quang, ti õy bc x hng ngoi qua b iu bin s chiu lờn quang tr 59 Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng Hỡnh 3.7 Mch in v v b tin khuch i v khuch i lc tn 3.4.2 Giỏ tr khuch i ca b tin khuch i v khuch i lc tn Hot ng ca b khuch i lc tn c kim tra cỏc di tn s 200, 800 v 1000 Hz H s khuch i c tớnh toỏn thụng qua t s ln in ỏp t khuch i chia cho in ỏp vo khuch i Kt qu kim tra cho thy h s 20000 Hệ số khuếch đại tần số 200 Hz Hệ số khuếch đại tần số 800 Hz Hệ số khuếch đại tần số 1000 Hz 19000 Hệ số khuếch đại 18000 20000 19000 18000 17000 17000 16000 16000 15000 15000 14000 14000 13000 13000 12000 12000 11000 11000 10000 10 12 14 16 10000 18 Điện áp lối khuếch đại (V) Hỡnh 3.8 H s khuch i ca b tin khuch i v tin khuch i lc tn 60 Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng khuch i thp hn so vi giỏ tr tớnh toỏn lý thuyt Giỏ tr khuch i dao ng khong 1.45 ữ 1.55 x 104 ln, so sỏnh vi giỏ tr tớnh toỏn theo cỏc thụng s ca b tin khuch i v b khuch i thut toỏn l 1,66 x 104 ln, s suy gim h s khuch i thc t so vi giỏ tr tớnh toỏn lý thuyt c gii thớch l nh hng ca quỏ trỡnh lc tn s 3.5 Kt ni mỏy hin súng vi mỏy tớnh Mỏy hin súng MDO3012 c kt ni thnh cụng vi mỏy tớnh thụng qua cng kt ni LAN, mn hỡnh hin th ca mỏy hin súng trờn mỏy tớnh nh trờn hỡnh 3.9 Quỏ trỡnh iu khin o, phõn tớch ph, ghi tớn hiu c thao tỏc trc tip trờn mỏy tớnh Mn hỡnh hin th ca mỏy hin súng v mn hỡnh hin th trờn mỏy tớnh cú tr thi gian rt bộ, nhúm tỏc gi cú th quan sỏt mt cỏch trc quan hỡnh nh ca tớn hiu Hỡnh 3.9 Kt ni v iu khin mỏy hin súng MDO3012 t mỏy tớnh 61 Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng 3.6 o cỏc thụng s ca quang tr hng ngoi Sau kim tra hot ng ca cỏc b phn hp thnh h o, nhúm tỏc gi s dng h o kho sỏt cỏc thụng s c trng ca mu quang tr s dng tờn la c cung cp l Q1 v Q2 Nga sn sut Mc ớch ca phộp o l kim tra, so sỏnh, ỏnh giỏ b cỏc thụng s ca quang tr Phộp o cú ý ngha ln vic a cỏc thụng s ca cm bin tham chiu, thụng qua ú ỏnh giỏ cht lng ca cỏc quang tr ang nghiờn cu v ch to th nghim nc Cỏc thụng s ca quang tr Q1 ,Q2 c kho sỏt bao gm: in tr ti v in tr sỏng Nhiu nhy in ỏp Nng sut phỏt hin Cỏc kt qu kt ban u cho thy cỏc thụng s phự hp vi nhng ti liu phớa Nga cung cp 3.6.1 o in tr ti v sỏng ca mt s mu quang tr in tr ti v in tr sỏng ca quang tr c nh ngha nh sau: in tr ti: L in tr ca quang tr khụng cú ỏnh sỏng chiu vo in tr sỏng: L in tr ca quang tr quang tr c chiu sỏng bi ngun vt en mt cỏch ng u ton b b mt ca quang tr, nhit ca ngun vt en l 500 K, ca s phỏt cú ng kớnh 1.524 cm v khong cỏch t ngun phỏt ti cm bin l 40 cm, vi gi thit phộp o nhit b mt ca quang tr khụng thay i Kt qu o in tr sỏng v ti ca quang tr cho phộp ỏnh giỏ s b v kh nng hot ng ca quang tr: nhy in ỏp, h s bi tớch phõn, kh nng s dng ca quang tr, Trờn hỡnh 3.10 v 3.11 l kt qu o c i vi mu quang tr Q1 v Q2 62 Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng ca Nga, o c s dng ng h o keithley 2612 A in tr ti quang tr Q1 khong 1.14 M, in tr sỏng khong 1.02 M vi gim in tr ca quang tr Q1 t 10.5% so sỏnh vi in tr ti v in tr sỏng ca mu quang tr Q2 ln lt l 25.5 v 22.7 K, vi gim in tr l 11% cựng mt iu kin o c Kt qu cho thy cú s khỏc bit ln v in tr ti, in tr sỏng ca hai quang tr ny nhiờn suy gim in tr cựng iu kin o c cú s khỏc bit khụng nhiu, quang tr Q2 cú gim in tr ln hn quang tr Q1 Trong quỏ trỡnh thc hin phộp o, thc t nhit ca cỏc quan tr Q1 v Q2 cú tng lờn, mt phn hiu ng nhit, mt phn dũng Bias t cm bin, iu ny gii thớch ti in tr ti ca cỏc quang tr li cú xu hng gim dn quỏ trỡnh thc hin phộp o 1250 1250 có xạ hồng ngoại 27 1200 1200 1150 1150 1100 1100 1050 1050 1000 1000 950 950 900 900 100 Điện trở (k) Điện trở (k) có xạ hồng ngoại 26 26 25 25 24 24 23 23 22 20 40 60 80 27 20 40 60 80 22 100 Thời gian (giây) Thời gian (giây) Hỡnh 3.10 Kt qu o Rs v Rt ca Hỡnh 3.11 Kt qu o Rs v Rt ca quang quang tr Q1 tr Q2 3.6.2 o nhiu ca h o v nhiu ca quang tr Tin hnh kho sỏt nhiu ca h o, ln in ỏp so sỏnh s dng l 1V Phõn tớch ph nhiu ca h o ch trờn hỡnh 3.12 vi t s biờn tớn hiu nhiu / biờn 63 Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng tớn hiu so sỏnh khong t -83 dB n -57 dB Ph ca tớn hiu nhiu c ct khong tn s quan tõm t Hz n 1300Hz Kt qu cho thy trờn di tn s f t Hz n 1300 Hz, ph nhiu h o sinh xut hin t cỏc tn s thp n tn s cao, giỏ tr bỡnh phng trung bỡnh ca nhiu l 50 mV cỏc tn s quan tõm i vi cỏc quan tr s dng tờn la l 200Hz, 800 Hz v 1000 Hz tớn hiu nhiu khỏ v khụng xut hin cỏc nh biờn tớn hiu nhiu ln nh hng ti phộp o thụng s Tỷ số biên độ (dB) nhiu ca quang tr hng ngoi -40 -40 -50 -50 -60 -60 -70 -70 -80 -80 -90 -90 -100 -100 -110 -110 -120 -120 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Tần số (Hz) Hỡnh 3.12 Kt qu phõn tớch ph nhiu ca h o Tip tc tin hnh kho sỏt nhiu ca cỏc mu quang tr Q1 Kt qu kho sỏt nhiu quang tr Q1 gn vo cm bin v cha c chiu sỏng bi ngun hng ngoi c ch trờn hỡnh 3.13 Giỏ tr nhiu bỡnh phng trung bỡnh ca Q1 l 0.5 V So sỏnh phõn tớch ph nhiu ca quang tr Q1 v h o vi trng hp ch xột nhiu ca h o hỡnh 3.2 thy rừ nhiu sinh t quang tr Q1 lm tng biờn rừ rt ca ph tớn hiu nhiu 64 Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng di tn s quan tõm i vi quang tr Q1, cú nhiu di tn s tớn hiu nhiu cú biờn ln l 50 Hz, 99Hz, 248 Hz, 350Hz, 550 Hz., biờn nhiu xut hin ln nht tn s 50 Hz cú th gii thớch nh hng ca in li xoay chiu im chỳ ý l cỏc tn s xut hin nhiu vi biờn ln ny khụng xut hin phộp phõn tớch nhiu i vi h o Mt khỏc, cỏc tn s lm vic ca tờn la nh 200 Hz, 800 Hz c bit l tn s 1000Hz cú biờn ca nhiu rt Kt qu cú th gii mó c mt phn tn s lm vic ca cỏc quang tr tờn la vỡ c la chn 200 Hz, 800 Hz hoc 1000 Hz õy l kt Tỷ số biên độ tín hiệu (dB) qu mi m cha cú ti liu nc cng nh ti liu t phớa Nga cung cp 40 40 20 20 0 -20 -20 -40 -40 -60 -60 -80 -80 -100 -100 -120 100 200 300 400 500 600 700 800 900 -120 1000 1100 Tần số (Hz) Hỡnh 3.13 Kt qu phõn tớch ph nhiu ca h o v quang tr Q1 i vi quang tr Q2, Th h quang tr c ci tin ca dũng quang tr Q1, Kt qu kho sỏt nhiu quang tr Q2 gn vo thit b cha cú tớn hiu hng ngoi c ch trờn hỡnh 3.14 Giỏ tr nhiu bỡnh phng trung bỡnh ca Q2 l 0.3 V nh hn ỏng k so vi nhiu ca quang tr Q1 v ca h thit b o So sỏnh phõn tớch ph 65 Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng nhiu ca quang tr Q2 v h o vi trng hp ch xột nhiu ca h o cng nh nhiu trng hp quang tr Q1 cho thy quang tr Q2 lm tng biờn rừ rt ca ph tớn hiu nhiu di tn s quan tõm nhiờn ch xut hin tớn hiu nhiu vi biờn cc i tn s 50 Hz, tng t nh tn s xut hin nhiu vi biờn cc i ca qang tr Q1, nhiờn im khỏc bit rừ nột l cỏc di tn s khỏc biờn tớn hiu nhiu ca quang tr Q2 rt nh S khỏc bit v ph v ln tớn hiu nhiu cho thy bc Tỷ số biên độ tín hiệu(dB) tin ln v cụng ngh ch to ca hai quang tr vic gim nh hng ca nhiu 40 40 20 20 0 -20 -20 -40 -40 -60 -60 -80 -80 -100 -100 -120 100 200 300 400 500 600 700 800 900 -120 1000 1100 Tần số (Hz) Hỡnh 3.14 Kt qu phõn tớch ph nhiu ca h o v quang tr Q2 3.6.3 o nhy in ỏp ca quang tr nhy in ỏp ca mu quang tr Q1, Q2 c kho sỏt cỏc nhit khỏc t 500 K n 1300 K v c tớnh toỏn theo cụng thc (1.1) Trờn hỡnh 3.15 l kt qu c tớn hiu in ỏp li ca mu quang tr Q1 s dng h o phũng thớ 66 Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng nghim, cỏc kt qu trờn h o dó chin sau hiu chnh cho giỏ tr tng ng iu kin tin hnh phộp o: Nhit ngun phỏt hng ngoi: 800 K ng kớnh ca s phỏt hng ngoi: 2.54 x 10-2m Khong cỏch t ngun phỏt ti quang tr: 0.4 m Tn s ca b iu bin 800Hz Din tớch ca quang tr hng ngoi: 2.5 x10-4 cm2 Điện áp lối khuếch đại (V) Không có xạ hồng ngoại Có xạ hồng ngoại 2 1 0 -1 -1 -2 -2 -3 -0.004 -0.003 -0.002 -0.001 0.000 0.001 -3 0.002 Thời gian (s) Hỡnh 3.15 in ỏp li ca b khuch i nhit ngun vt en l 800 K Tin hnh thay i thụng s nhit ca vt en, gi nguyờn cỏc thụng s khỏc, s ph thuc ca nhy in ỏp vo nhit ca ngun vt en ca mu quang tr Q1, Q2 c ch trờn hỡnh 3.16 Kt qu cho thy s khỏc bit rt ln v nhy in ỏp ca hai dũng quang tr, cú th thy rừ rng nhy in ỏp ca quang tr Q2 ln hn nhiu ln so vi quang tr Q1 cựng cỏc iu kin o c Phõn tớch chi tit hn, kt qu cho 67 Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng thy nhy in ỏp ca mu quang tr Q1, Q2 tng dn tng nhit ca ngun phỏt hng ngoi, t giỏ tr cc i nhit ca ngun phỏt hng ngoi l 1200 K v gim dn tip tc tng nhit Bc súng ng vi nng sut phỏt x cc i ca vt en tuyt i nhit 1200 K c tớnh toỏn theo cụng thc Wien max (3.1) 2897,8 2, 42m 1200 Kt qu o c ny phự hp vi cỏc ti liu cụng b ca Nga cung cp cng nh mt s quang tr thng mi trờn th trng [5] Quang trở Q1 Quang trở Q2 Độ nhạy điện áp Su (kV/W) 180 160 180 160 140 140 120 120 100 100 80 80 60 60 40 40 20 20 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 Nhiệt độ K Hỡnh 3.16 S ph thuc ca nhy in ỏp theo nhit ngun phỏt hng ngoi 3.6.4 o nng sut phỏt hin Nng sut phỏt hin ca quang tr c tớnh toỏn theo cụng thc (1.2, 1.4), kt qu v s ph thuc ca nng sut phỏt hin ca quang tr Q1, Q2 vo nhit ca ngun hng ngoi s dng h o phũng thớ nghim v cỏc kt qu trờn h o dó chin 68 Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng sau hiu chnh cho giỏ tr tng ng c th hin trờn hỡnh 3.17 Dỏng iu ng cong nng sut phỏt hin ging vi nhy in ỏp ca hai quang tr Nng sut phỏt hin ca quang tr Q2 t giỏ tr 4.108(W-1Hz1/2cm) 500 K v tng dn t giỏ tr 6,37.109(W-1Hz1/2cm) 900 K, cc i ca nng sut phỏt hin i vi quang tr Q2 l 1,42.1010(W-1Hz1/2cm) nhit 1200 K, sau ú giỏ tr ca nng sut phỏt hin gim dn tip tc tng nhit So sỏnh vi nng sut phỏt hin ca quang tr Q1, ch t giỏ tr 2,2.108(W-1Hz1/2cm) 500 K v cc i 1200 K ch l 3.109(W-1Hz1/2cm) cho thy dũng quang tr Q2 khụng nhng cú nhng ci thin ỏng k vic gim nhiu m cũn cú nhng bc tin rt ln vic nõng cao nng sut phỏt hin ( nhit 1200 K v Năng suất phát ( 10 W-1Hz1/2cm) cựng iu kin o c, nng sut phỏt hin ca quang tr Q2 ln gp 4, 73 ln) Quang trở Q1 16 16 Quang trở Q2 14 14 12 12 10 10 8 6 4 2 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 Nhiệt độ K Hỡnh 3.17 Nng sut phỏt hin ca quang tr Q1, Q2 Cỏc kt qu v nng sut phỏt hin ca hai quang tr tng ng vi giỏ tr m phớa Nga cung cp 69 Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng KT LUN Quỏ trỡnh thc hin ti Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng nhúm tỏc gi ó thu c mt s kt qu sau: Xõy dng thnh cụng h o cỏc thụng s ca quang tr hng ngoi theo hai mc ớch s dng l phũng thớ nghim v o c ngoi thc a ó tin hnh kim tra, hiu chnh hot ng ca tng thit b trc a h o vo hot ng Kt qu kim tra cho thy cỏc thit b thnh phn h o hot ng tt, m bo cỏc iu kin v chớnh xỏc ca phộp o ó tin hnh o c th nghim cỏc thụng s c trng ca mt s mu quang tr dựng tờn la thu c nhng kt qu phự hp vi ti liu cung cp Thụng qua s dng h o, ó phõn tớch v gii mó c mt s thụng s k thut ca quang tr quỏ trỡnh s dng ng dng quõn s C th, nhng phõn tớch v nhiu cỏc di tn s khỏc gii thớch c cỏc tn s hot ng ca quang tr cỏc mch thu tớn hiu iu khin, nhng phõn tớch v nhy v nng suõt phỏt hin cho thy s phự hp ca quang tr PbS vi cỏc yờu cu phỏt hin cỏc mc tiờu tờn la, mỏy bay ca i phng Cỏc kt qu o c cỏc mu quang tr ca Nga trờn c s s dng h o ó xõy dng phự hp vi cỏc s liu c cung cp bi phớa i tỏc, ng thi phõn tớch mt s thụng s k thut quan trng ca quang tr s dng mc ớch quõn s 70 Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng DANH MC TI LIU THAM KHO [1] Chen H (2012), Infrared sensing system using carbon nanotube based photodetectors, Michigan State University, USA [2] Cheragizade M., Yousefi R., Jamali-Sheini F., RMahmoudian M., Saaedi A., Huang N.M (2014), Synthesis and characterization of PbS mesostructures as an IR detector grown by hydrogen-assisted thermal evaporation, Materials Science in Semiconductor Processing 26, pp 704 - 709 [3] Cheragizade M., Yousefi R., Jamali-Sheini F., Saaedi A., Huang N.M JefreBasirun W., (2014), Effect of hydrogen gas on the growth process of PbS nanorods grown by a CVD method, Current Applied Physics 14, pp 1031-1035 [4] Hamamatsu photonics (2004), Characteristics and use of infrared detector, Japan [5] Hamamatsu photonics (2004), PbS photoconductive detetor P2532-01, Japan [6] Keithley Instruments (2012), Multichannel Programmable DC Power Supplies User Manual Series 2200, Ohio, USA [7] Keithley Instruments (2008), Series 2600A System SourceMeter Instruments Users Manual, USA [8] Keithley Instruments (2008), Series 2600A System SourceMeter Instruments Quick Start Guide , US [9] Kumar S., Sharmaa T.P., Zulfequar M., Husain M (2003), Characterization of vacuum evaporated PbS thin lms, Physica B 325, pp 8-16 [10] Labcenter Electronics (2002), Intelligent Schematic User Manual, Scotts ValleyUSA [11] Labcenter Electronics (2008), Proteus VX Operation Manual, Scotts ValleyUSA 71 Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng [12] Larramendi E.M., Calzadillaa O., Gonzalez-Aria A., Hernandeza E., Ruiz-Garciab J (2001), Effect of surface structure on photosensitivity in chemically deposited PbS thin lms, Thin Solid Films 389, pp 301-306 [13] Lờ Sc (2008), Giỏo trỡnh in t tng t, Hc Vin Cụng ngh Bu chớnh Vin thụng , H Ni [14] M Tech Credit Seminar Report, Electronic Systems Group, EE Dept, IIT Bombay (2004), Infrared detector, India [15] Newport Corporation 2008, Orien blackbody reference source models 67031 user manual, USA [16] Nguyn Tn Phc (2007), Mch tng t, Nh xut bn Hng c, H Ni [17] Nudelman S (1962), The Detectivity of Infrared Photodetectors, APPLIED OPTICS, New York - USA [18] Perera A.G.U., Jayaweera P.V.V., Ariyawansa G., Matsik S.G., Tennakone K., Buchanan M., Liu H.C., Su X.H., Bhattacharya P (2009), Room temperature nano - and microstructure photon detectors, Microelectronics Journal 40, pp 507 511 [19] Raniero L., Ferreira C.L., Cruz L.R., Pinto A.L., Alves R.M.P (2010) , Photoconductivity activation in PbS thin lms grown at room temperature bychemical bath deposition, Physica B 405, pp 1283-1286 [20] Rogacheva E.I., Nashchekina O.N., Vekhov Y.O., Dresselhaus M.S., Cronin S.B (2003), Effect of thickness on the thermoelectric properties of PbS thin films, Thin Solid Films 423, pp 115118 [21] Scitec Instruments (2009), Optical Chopper Model SR540 manual, Bradford on Avon, BA15 1JY - UK 72 Nghiờn cu xõy dng h o nhiu v nng sut phỏt hin ca quang tr hng ngoi hot ng nhit phũng [22] Stanford Research Systems (2013), Model SR560 Low- Noise preamplifier User manual, USA [23] Stanford Research Systems (2013), Model SR830 DSP lock-In Amplifier User manual, USA [24] Tektronix (2003), MDO3000 Series Mixed Domain Oscilloscopes User Manual , USA [25] Texas Instruments (2013), LM741 Operational Amplifier data sheet, USA [26] Willardson R.K and Beer A.C (1977), Infrared detector Vol 12, California- USA [27] Willardson R.K and Beer A.C (1970), Infrared detector Vol 5, California- USA [28] (1978), , 73 ... (6-16 µm) Hiện Nghiên cứu xây dựng hệ đo nhiễu suất phát quang trở hồng ngoại hoạt động nhiệt độ phòng nhà khoa học thuộc trung tâm, viện nghiên cứu cứu nhiều quốc gia giới tiếp tục cải thiện thông... quân Vì tác giả chọn đề tài Nghiên cứu xây dựng hệ đo nhiễu suất phát quang trở hồng ngoại hoạt động nhiệt độ phòng ” Mục tiêu đề tài xây dựng hệ thiết bị đủ khả đo thông số đặc trưng quang trở... dụng sản suất hãng Mỹ Newport Corporation, Boston Electronics,… với khả điều khiển nhiệt độ nguồn vật đen xác hệ số phát xạ  ~ [15] Các nhóm nghiên 14 Nghiên cứu xây dựng hệ đo nhiễu suất phát quang