X
تبلیغات
پیکوفایل
رایتل
پیروالکتریک(pyroelectric) - مهندس برتر
آموزش نیاز های ((اصلی و فرعی)) مهندس مکانیک
پیروالکتریک(pyroelectric)
سه‌شنبه 23 شهریور‌ماه سال 1389 ساعت 20:48 | نوشته شده به دست مهرداد امیری

برخی کریستال ها و سرامیک های خاص با قرار گرفتن در معرض تغییرات حرارتی ، بارالکتریکی تولید می کنند که به این پدیده اثر “پیرو الکتریک” گفته می شود .
 

 

                                         

بلورهای پیروالکتریک به بلورهای فروالکتریکی مربوطند که نامتقارن مرکزی هستند و یک قطبش خود به خود Ps را بروز می دهند . برخلاف فروالکتریک ها جهت Ps نمی تواند بوسیله میدان الکتریکی اعمال شده که آن معمولا وابسته به دماست ، معکوس شود: ∆Ps = л ∆T
Л ضریب پیروالکتریک است زیرا انبساط گرمایی ، اندازه ( طول ) دوقطبی ها را تغییر می دهد .
معمولا مولکول های ناخالصی قطبی برای خنثی کردن بارهای سطحی رو بلورها جذب می شوند در نتیجه اثر پیروالکتریک در یک بلور تحت شرایط دمایی ثابت قابل آشکار سازی نیست ، بلکه فقط وقتی که بلور گرم میشود و Ps تغییر می کند می توان آن را ظاهر کرد.
بلور های پیرو الکتریک اساسا در آشکارسازهای تابش فروسرخ به کار می روند. آنها را می توان با اندودن سطح کاوش گر بلوری با ماده جاذب مناسب از لحاظ طیفی حساس کرد. برای آشکارسازها بهتر آن است که
έ/ л را به حداکثر رسانید؛ یعنی فروالکتریک های با ثابت دی الکتریک کوچک مناسب است . مهمترین ماده آشکارساز تا این زمان (۱۹۹۶) تری گلی سین سولفات است .

رابطه مابین فرو-، پیزو- و پیروالکتریسیته

سه خاصیت به آثار قطبش در بلورها مربوطند و با هم ارتباط دارند. مواد بسیاری در رده کلی دی الکتریک ها قرار می گیرند؛ که خواص و بخصوص خواص الکتریکی شان تحت تاثیر میدان های الکتریک قرار می گیرند؛
پیزو الکتریک ها رده فرعی از دی الکتریک ها هستند. پیزوالکتریک ها وقتی تحت تنش مکانیکی قرار گیرند بار الکتریکی بروز می دهند؛ برعکس پیزوالکتریک ها تحت اعمال میدان الکتریکی تنشهای مکانیکی بروز می دهند.
پیروالکتریک ها رده فرعی از پیزوالکتریک ها هستند. این مواد خود به خود قطبی می شوند و بنابرین یک گشتاور دو قطبی خالص بروز می دهند. بعضی از مواد پیروالکتریک، فرو الکتریک هم هستند، زیرا قطبش خود به خود می تواند تحت اعمال یک میدان الکتریکی معکوس شود. بنابراین مواد فروالکتریک هم پیرو- و هم پیزوالکتریک اند. بعلاوه مواد پیروالکتریک هم پیزوالکتریک هستند؛ ولی عکس آن صادق نیست یعنی تمام پیزو الکتریک ها نمی توانند پیروالکتریک باشند وغیره

اندازه گیری ضریب پیروالکتریک

اندازه گیری ضریب پیروالکتریک به روش های مختلفی انجام می شود اما ساده ترین روش با استفاده از فرمول زیر و شکل داده شده می باشد:

ΔPi = PiΔT
Ip = (dQ\dt) = (dT\dt) * (dQ\dT)
dQ = AdPs = APdT
Ip = PA(dT\dt)
P = Ip \ A( dT\dt )

بطوری که در شکل پایین داریم : ( IP = IM ( 1+ RM\RC که IMجریان اندازه گیری شده می باشد و RM مقاومت تقویت کننده و RC مقاومت نشتی پیروالکتریک می باشد و معمولا طوری طراحی می شود که RM<<RC باشد. در نتیجه IM ~ IP و ضریب پیروالکتریک (P) را می توان با تغییر دادن دمای پیروالکتریک در سرعت مشخصی اندازه گیری کرد.

کوارتز (Silicon Oxide)

کوارتز یک کانی سیلیکاته و از دسته تکتوسیلیکاتها با فرمول ثابت و وزن مخصوص ۶۵/۲ است. کوارتز معمولاً بی‌رنگ یا سفید است اما وجود ناخالصی و نقص بلورین و … آن را به رنگهای متنوع مانند بنفش، زرد، دودی، شیری و…. در می‌‌آورد.
این کانی دارای خاصیت پیزو الکتریک و پیروالکتریک قوی است .

انواع کوارتز

۱٫ کوارتز شفاف ۲. آمتیست ۳. کوارتز دودی (کایرنگورم) ۴. سیترین ۵. کوارتز شیری ۶. عقیق ۷. کلسدونی

سنسورهای مادون قرمز

“سنسورهای مادون قرمز پسیو” وسایل الکترونیکی هستند که تشعشعات اینفرارد از اجسام و اهداف را در میدان دیدش اندازه گیری می کند. به این سنسورها “سنسورهای PIR” گفته می شود که از مخفف کلمه InfraRed sensors Passive گرفته شده است. PIR ها گاهی برای آشکارسازی اهداف متحرک بکار می روند، به این صورت که منبع انتشار اینفرارد با یک دما، مانند بدن، از جلوی منبع اینفرارد دیگر با دمای دیگر، مانند دیوار عبور می کند و بر اساس این تغییرآشکارسازی صورت می گیرد. همه اشیاء اینفرارد (مادون قرمز) تشعشع می کنند. این تشعشع از دید انسان نامرئی است ولی می تواند با وسایل الکترونیکی که برای این هدف ساخته شده اند ، آشکار شود. عبارت “پسیو” در این سنسور به این معنی است که این سنسور از خود هیچ نوع انرژی ساتع نمی کند، و فقط تشعشعات اینفرارد را از قسمت جلوئی سنسور (Sensor Face) دریافت می کند.

سیستم های آشکار سازحرکت

در بین انواع آشکارسازها، آشکارسازهای مادون قرمز پیروالکتریک از جایگاه خاصی برخوردار می باشند که از مواد مختلف زیر دسته پیروالکتریک ها ساخته شده اند و گسترة مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی را آشکارسازی می کنند . این سیستم ها در برابر تشعشعات مادون قرمز که از یک منبع طبیعی تولید شده اند مثل تشعشع ناشی از حرارت بدن انسان ، واکنش نشان می دهند. این آشکار سازها در اغلب سیستم های امنیتی مدرن به کار برده می شوند. اغلب سیستم های حفاظتی مبتنی بر PIR به گونه ای طرح می شوند که وقتی یک انسان یا یک حیوان خون گرم بزرگ در حوزه ی عملکرد آشکار ساز PIR حرکت نماید یک زنگ خطر یا نورافکن روشن شود و یا یک درب باز شده و یا سایر انواع سیستم های الکترو مکانیکی فعال شود. سیستم آشکار ساز حرکت در بازار با نام چشمی شناخته می شوند به عنوان دزدگیر استفاده می شود. همانگونه که در شکل نشان داده شده است در این سیستم ها از آشکار ساز پیرو الکتریک به عنوان حسگر مادون قرمز استفاده می شود


عملکرد آشکار ساز حرکت (PIR)

عملکرد آشکار ساز PIR بدین گونه است که وقتی بدن شخصی در میدان دید عناصر پیرو الکتریک قرار گیرد قسمتی از انرژی تشعشع مادون قرمز که از بدن منتشر شده است و روی سطح عناصر حساس تابیده است, به تغییرات حرارتی بسیار جزیی ولی قابل آشکار سازی تبدیل می شود و این تغییرات نیز به نوبه خود موجب بروز تغییراتی در ولتاژ خروجی می شود. در وضعیتی که شخص یا هر منبع تشعشعات مادون قرمز به صورت ساکن در برابر عدسی آشکار ساز قرار گیرد ولتاژ تولید شده توسط هر دو سرامیک پیرو الکتریک متشابه بوده و ولتاژ تفاضلی این مجموعه صفر خواهد شد ولی اگر این منبع حرارتی در مقابل عدسی آشکار ساز شروع به حرکت کند آنگاه هر یک از دو عناصر پیرو الکتریک ولتاژهای متفاوتی ایجاد خواهند کرد و در نتیجه در خروجی ولتاژ متغیری ایجاد خواهد شد. بنابراین هرگاه یک واحد PIR در مدار قرار گیرد آنگاه حرکت منبع حرارت در جلوی این آشکارساز تغییر ولتاژی را القا می کند که این ولتاژ توسط یک JFET بافر شده و جریان آن تقویت می شود و ولتاژ DC آن توسط خازن حذف می شود و اگر روی این ولتاژ تقویت مناسب و فیلتر کردن صحیح انجام شود آنگاه از آن می توان برای راه اندازی زنگ خطر و یا هر مکانیزم حفاظتی دیگر استفاده کرد.

بعضی از ترکیبات عبارتند از: گالیوم نیترید (GaN)، کاسیم نیترات (CsNO3)، پلى وینیل فلوراید، مشتقات فنیل پیرازین و لیتیوم تانتالیک (LiTaO3) که مانند کریستال است و خواص پیرو الکتریک و پیزو الکتریک را با هم دارد. بعضی از بلورها مثل تانتالات ، لیتیم ، تیتانات باریم و سولفات تری ‌گلیسیرین دارای المانهای وابسته به دما هستند و وقتی بین صفحات فلزی قرار می‌گیرند، یک خازن حساس به دما تشکیل می‌شود که توان تابش IR را اندازه می‌گیرد.

کنترل آلودگی (pollutant control )

به وسیله عبور دادن تابش های فرو سرخ از یک گاز نمونه می توان وجود مقداری از یک آلودگی مشخص در آن را آشکار سازی کرد. برای این منظور میتوان مطابق شکل یک گاز نمونه را در مقابل منبع تابش فرو سرخ قرار داد وسپس با قرار دادن یک فیلتر نوری در مسیر، که محدوده باریکی از بسامد ها مطابق با بسامدی که آلودگی مورد نظر جذب میکند را از خود عبور میدهد ، مقدار تابش رسیده را به وسیله یک آشکار ساز پیروالکتریک اندازه گرفت و از روی مقدار تابش عبوری مقدار آلودگی را اندازه گرفت . با عوض کردن فیلتر می توان آلودگی های دیگر را اندازه گرفت.

تصویر برداری حرارتی

این روش با متمرکز کردن تابش های فروسرخ گسیل شده از سطح در دماهای مختلف بر روی یک صفحه حساس انجام می گیرد و شبیه روش تصویر برداری با نور مرئی می باشد .
در این جا دو ناحیه طول موج فروسرخ وجود دارد یکی بین ۳ تا ۵ میکرومتر و ۸ تا ۱۴ میکرومتر؛ قدرت تابش یک جسم سیاه در دمای ۳۰ درجه کلوین پیکی در حدود ۱۰ میکرومتر دارد و قدرت باند ۸ تا ۱۴ میکرومتر در حدود ۲۵ برابر باند ۳ تا ۵ میکرومتر می باشد ( در حدود ۱۵۰ وات بر متر مربع در مقایسه با ۶ وات بر متر مربع ) به همین دلیل از مواد پیرو الکتریک در بند ۸ تا ۱۴ میکرومتر برای تصویر برداری حرارتی استفاده می شود.
عناصر پیروالکتریک به کار برده شده در این وسایل معمولا به صورت یک صفحه مربعی به طول میلیمتری و ضخامتی در حدود ۳۰ میکرومتر می باشد. به دلیل اینکه تصویر باید به طور یک پارچه بر روی صفحه متمرکز شود ابعاد صفحه پیروالکتریک در حدود ۱ سانتی متر می باشد. فرود آمدن شارهای تابشی مختلف فضایی بر روی صفحه پیروالکتریک باعث تولید یک توزیع بار می شود، در دستگاه تصویر برداری این بار الکتریکی به وسیله تقویت کننده ها به صورت یک جریان تقویت شده و با استفاده از مدارهای الکترونیکی یک تصویر تلویزیونی مطابق با تابش های فرو سرخ رسیده از صحنه را به وجود می آورد. این سیستم در کاربردهای معمولی و نظامی به کار می رود؛ به عنوان مثال دوربین های ساخته شدهA-UK برای پیدا کردن افراد در زیر آوارهای ساختمان های فرو ریخته در امداد- نجات به کار می روند
تابش های گسیل شده از صحنه به وسیله یک لنز ژرمانیم بر روی یک الکترود جذب کننده تابش فرو سرخ متمرکز می شوند و گرما به جلو پیروالکتریک هدایت می شود و ولتاژ تولید شده که معمولا در حدود میلی ولت میباشد از صفحه عبور می کند. یک شبکه فلزی که بر روی دتکتور محاط شده ، بیشتر الکترون های رسیده را جمع آوری می کند. بعضی از این الکترون ها از شبکه عبور می کنند؛ عبور برخی از آنها به پتانسیل موضعی سطح صفحه بستگی دارد . دشارژ بر روی صفحه باعث تولید سیگنال هایی می شود که به الکترود می رسد و در این فرآیند تصویر تلویزیونی تولید می شود.

چاپ این مطلب: کلیک کنید

(0 لایک)
نظرات (0)
برای نمایش آواتار خود در این وبلاگ در سایت Gravatar.com ثبت نام کنید. (راهنما)
نام :
پست الکترونیک :
وب/وبلاگ :
ایمیل شما بعد از ثبت نمایش داده نخواهد شد
 
تقویم
اردیبهشت 1395
شیدسچپج
1 2 3
4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17
18 19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 30 31
آمار
بازدیدکنندگان : 739296