Багатокаскадні еквівалентні схеми заміщення піроелектричних перетворювачів
DOI:
https://doi.org/10.24027/2306-7039.1.2026.355690Ключові слова:
піроелектричний перетворювач; вимірювальний модуль; передавальна функція; еквівалентна схема заміщення; симулятори електричних кіл; моделювання; прогнозування характеристикАнотація
Розглянуто застосування еквівалентних схем для опису піроелектричних перетворювачів (ПЕП) та вимірювальних модулів на їх основі. Проаналізовано призначення й області застосування таких схем, показано їхню придатність для теоретичних досліджень, прогнозування характеристик і визначення параметрів комерційних піроелектричних детекторів. Окрему увагу приділено вимогам до еквівалентних схем як основи моделей ПЕП, що використовуються у спеціалізованих симуляторах електричних кіл. Запропоновано модифіковані еквівалентні схеми, що задовольняють зазначені вимоги; перевірено коректність їхніх розмірностей та наведено результати досліджень адекватності щодо визначення основних характеристик ПЕП. Запропоновано багатокаскадну еквівалентну схему у вигляді активного смугопропускного фільтра, що може використовуватися як стандартний бібліотечний елемент у програмних пакетах моделювання електричних схем. Схему побудовано на основі застосування операторного методу до всіх основних етапів енергетичних перетворень, характерних для піроелектричних детекторів. Вона складається з чотирьох функціональних вузлів на базі ідеальних операційних підсилювачів, забезпечує високу точність моделювання та створює підґрунтя для подальшого розвитку систем проєктування модулів на основі ПЕП із використанням стандартних симуляторів. Показано можливість моделювання конкретних комерційних піроелектричних перетворювачів у вигляді їх еквівалентних електричних принципових схем із використанням компонентів стандартних симуляторів, з якими запропонована схема коректно інтегрується. Обґрунтовано, що мінімально необхідними параметрами для адекватного моделювання є теплова та електрична сталі часу, а також чутливість ПЕП. Інтеграція схеми заміщення піродетектора до стандартних симуляторів розширює можливості аналізу часових, частотних і фазових характеристик функціональних модулів різного призначення, що містять ПЕП.
Посилання
Patel M., Park H.-H., Bhatnagar P., Kumar N., Lee J., Kim J. Transparent integrated pyroelectric–photovoltaic structure for photo-thermo hybrid power generation. Nature Communications, 2024, vol. 15, 3466. doi: https://doi.org/10.1038/s41467-024-47483-2
Varan A.H., Yaman M.F., Öztürk Z.Z., Büyükköse S., Berber S., Seyidov M.Y. Employing the pyroelectric effect in LiTaO3 thin film for infrared detection of complex gases. Materials Research Express. 2024, vol. 11, no. 12, 125901. doi: https://doi.org/10.1088/2053-1591/ad970d
Whatmore R.W., Ward S.J. Pyroelectric infrared detectors and materials – A critical perspective. Journal of Applied Physics, 2023, no. 133, 080902. doi: https://doi.org/10.1063/5.0141044
Cooper J. Minimum Detectable Power of a Pyroelectric Thermal Receiver. Rev. Sci. Instr., 1962, vol. 33, pp. 92–95. doi: https://doi.org/10.1063/1.1717673
Burdick G.A., Arnold R.T. Theoretical expression for the noise equivalent power of pyroelectric detectors. Journal of Applied Physics, 1966, vol. 37, no. 8, pp. 3223–3226.
Odon A., Szlachta A. Voltage Response of a Pyroelectric Detector to a Single Rectangular Optical Radiation Pulse. Sensors, 2022, vol. 22(16), 6265. doi: https://doi.org/10.3390/s22166265
Fabel G.W., Henisch H.K. Technique for the measurement of pyroelectric coefficients. Solid-State Electronics, 1971, vol. 14, pp. 1281–1283. doi: https://doi.org/10.1016/0038-1101(71)90117-1
Kremenchugsky L.S. Segnetoelektricheskie priemniki izlucheniya [Segnetoelectric radiation detectors]. Kyiv, Naukova Dumka Publ., 1971. 234 p.
Volkov V.A., Vyalov V.K., Gassanov L.G. et al. Spravochnik po priemnikam opticheskogo izlucheniya [Handbook on optical radiation detectors]. Kyiv, Tekhnika Publ., 1985. 216 p.
Klyuchnyk I., Bondarenko A., Galkin P. et al. Response-time of Pyroelectric Detector Simulator. Proceedings of XXXI International Scientific Symposium Metrology and Metrology Assurance (MMA), Sozopol, Bulgaria, 2021. doi: https://doi.org/10.1109/MMA52675.2021.9610920
Bondarenko A. Professional mathematical modeling, processing and approximation of a pyroelectric detector: time domain spectrum disclosed. Google Books, 2023. 69 p. Available at: https://books.google.com.ua/books?id=VsOPEAAAQBAJ&printsec=frontcover&hl=uk&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false
Klyuchnyk I., Bondarenko A., Kliuchnyk I., Degtiarov O., Zinenko М. Identification of parameters of measuring modules based on pyroelectric materials. Ukrainian Metrological Journal, 2025, no. 2, pp. 16–23. doi: https://doi.org/10.24027/2306-7039.2.2025.333812
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
ПОЛІТИКА, ЯКА РЕКОМЕНДУЄТЬСЯ ЖУРНАЛАМ, ЩО ПРОПОНУЮТЬ ВІДКРИТИЙ ДОСТУП З ЗАТРИМКОЮ
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи, яка через 12 місяців з дати публікації автоматично стає доступною на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
