Semestrálka mix

ro měření kosmického záření. Velmi důležité je dokonalá izolace elektrod ionizační komory, používa se třeba polystyren.IS impulsní : Jde-li o měř. malých aktivit nebo o počítání jednotlivých částic, použijí se impulsní IS (snímače s proměnnou izolací).Částice, která vletí do ionzačního snímače buď sama ionizuje nebo způsobí ve stěně snímače takovou jadernou interakci, že částice uvolněná při této interakci způsobí příslušnou ionizaci náplně snímače.Pro měření pomalých neutronů se užívá snímač s plyn. náplní. Pro měření rychlých neutronů se užívá rozptylu neutronu. Kromě vodíku se plní snímače též uhlovodíky. Geiger-Müllerovy (G-M) čítače : Jsou tvořeny dvojicí elektrod ve vzduchotěsném obalu naplněného plynem a připojeny ke zdroji ss napětí. Impuls závisí při daném sériovém odporu na rozměrech snímače, plynové náplni a velikosti napájecího napětí. K základním vlastnostem G-M čítače patří: 1)Geigerův bod je napětí, při němž ionizace nezávisí na náboji a hmotě ioniz. částice. 2)Impulsní charakteristika obr.2 je závislost počtu impulsů N na napájecím napětí U. V praxi však počet impulsů stoupá a strmost sklonu definujeme diferenciálním poměrem: dN/dU=tg Δφ, ΔN=N2-N1. Průchodem ionizačního proudu se mění délka (zkracuje se) a sklon (zvětšuje se) sedla , až dochází k jeho úplnému vymizení. Uvádí se proto tzv. celkový počet impulsů, který je snímač schopen zaregistrovat (cca 107 - 109 imp.) a který se označuje také jako střední doba života. 3) objem snímače je charakteriz. počtem impulsů v závislosti na dopadu jaderného záření od konce G-M snímače l (okrajový jev) 4) pozadí nebo tzv.nulový jev je počet impulsů, které jsou vyvolány kosmic. zářením (cca 50-80 imp/min) nebo působením materiálu snímače. 5)časová konstanta G-M čítače (10-3 až 10-2 s) je tvořena součinem kapacity desek snímače (10-1 až 102 pF) a sériového odporu (R=108)…τ0=RC [s;F]. 6)doba trvání impulsu tu se nazývá uzavírací dobou nebo mrtvou dobou detektoru. Je to časový úsek, v němž detektor není schopen registrovat záření. 7) otevírací doba t0 8) zotavovací doba tZ Proporcionální snímače : IS je možno použít i také jako proporcionální jestliže pracují v oblasti mezi U3 a U4 v oblasti III1 podle základní charak. Je to oblast, kde se začína uplatňovat ionizace nárazem způsobené elektrony. Užívají se jak pro indikaci částic ( a fotonů, tak pro protony snímače a částice (. S vhodnou náplní se užívají i pro indikaci neutronů. Jiskrové snímače : využívají jiskrového výboje. tj. pracují při napětí vyšším než U6 za oblastí III3. Scintilační snímače : Využívá se scintilací,které vyvolají nabité částice v některých luminiscenčních látkách. Jako lum.látek se používá jak organických tak anorganických krystalů nebo krystalických látek (jodid sodný, naftalen). Využívá se tedy jen části lumi. záření. k uvolňování elektronů z fotokatody. Ionizační komora : statický IS. Emisní snímače : ES snímače záření vakuové : Využívají tzv. vnějšího fotoele. jevu. Ve skleněné vyčerpané baňce jsou umístěny dvě elektrody. Katoda z alkalického kovu a anoda. Přiložíme na snímač polarizační napětí, tak že na katodě je -pól, na anodě + pól. Osvětlíme katodu, uvolňují se z ní elektrony, které jsou přitahovány anodou. Vzniká fotoele. emise.Fotokatoda je základním prvkem fotoele. snímače využívající vnějšího fotoele. jevu. Spektrál. citlivost fotokatody označujeme ( (() = I(() / (((). Spektální char. tj. závislost spektrální citlivosti nebo kvantové účinnosti na vlnové délce nebo energii záření se vztahuje obvykle na záření odpadající. V-A char. vyjadřuje závislost fotoele. proudu fotokatody na napětí anody při konstantní hodnotě dopadajícího zářivého toku. Možnost snímače použít v dynamickém provozu nám udává tzv kmitočtová char.Nejvíse se používá fotokatoda Sb-Cs a Ag-O-Cs. Plynem plněné snímače : Pro zvýšení fotoele. proudu se plní snímač plynem. Vstupují-li elektrony z katody s dostatečnou pohybovou energii, dochází při jejich srážce s atomy plynu k nárazové ionizaci.Této energii se je nožno dosáhnout při tzv. ionizačním potenciálu, závislém na plynové náplni. Nejčastěji se používá argon a směsí neou s heliem. Činnost snímače je značně závislá na tlaku plynové náplně. Používají se málo. Fotonásobiče : Další možnost zvýšení citlivostí snímaču světelného záření je využití sekundární emise. Elektrony emitované z fotokatody jsou ele. polem urychlovány a dopadají na elektrodu D1 jejíž součinitel sekundární emise je větší než jenda. Z této elektrody vystupují sekundární elektrony, které po urychlení v ele. poli dopadnou na elektrodu D2 atd. Výsledný proud elektronů dopadá na anodu násobiče.Sekundární emitující elektrody se nazývají dynody.Pro obvod fotokatody píšeme I1 = p . ( . IK, kde Ik je proud mezi fotokatodu F a první dynodou D1, I1 je proud mezi první a druhou dynodou, ( je součinitel sekundární emise a p je součinitel sekundárního přechodu. Pro n dynod IN = ( p . ( )N . IK. Celkové zesílení je M = ( p . ( )N. Dělíme je z konstrukčního hlediska na 1)Násobiče s fokusací a 2)Násobiče bez fokusace. Pro citlivost je důležitý materiál dynod. Fotonásobiče se používají na měření velmi slabých světelných toků. Snímače vakua: Snímač má tři elektrody. Katoda je upravena pro termoele. emisi elektronů, které jsou přitahovány anodou s kladným potenciálem vůči katodě. Třetí elektroda má oproti katodě záporný potenciál a pracuje jako sběrač iontů, které vznikají při srážkách s molekulami zbytků plynu.Tento systém uspořádáním připomína triodu.Citlivost snímače je závisla na druhu plynu.Při přesném měření je třeba respektovat vliv teploty. Snímač s magnet. polem : Princip je, že použijeme dvě chladné elektrody, katodu a anodu, mezi kterými je vysoké stejnosměrné (někdy střídavé) napětí 2 až 5 kV,takže při nízkých tlacích jsou předpoklady pro vznik velmi řídkého výboje. Aby se vznik tohoto výboje zajisti používá se magnet. pole. Je vytvořeno pomocí permanentního magnetu nebo elektromagnetu. Měřící rozsah je 10-1 až 10-3Pa.Citliv. je závislá na druhu plynu. Výhodou je jednoduch. a robust. pro běžný provoz.
211-Odporové snímače záření : 1.Podle činnosti : A)Fotoodpory, B)Fotodiody, C)Fototranzistory, D)Fototyristory. 2.Podle počtu elementů : A)Čidla jednoduchá, B)Dvojitá, C)Řadová, D)Maticová. 3.Podle spojení s vyhodnocovací elektronikou : A)Jednoduché, B)Hybridní. Základní parametry a charkteristiky OS záření : 1.Citlivost snímače : S( = dU/d((,dU je odezva čidla a d(( je dopadající monochromatický zářivý tok.2.Integrální citvlivost čidla : S = U / (, je mírou odezvy na celkový dopadající zářivý tok s obecným rozložením spektra. 3.Světelná char. : vyjadřuje závislost citlivosti na velikosti zářivého toku dopadajícího na čidlo. 4.Elektrické vlastnosti : VA char. 5.Dynamické vlastonsti : Přechodová char., Impulsová char., Kmitočtová char., Doba čela, Doba týlu. 6.Šumové vlastnosti : Prahový zářivý tok, Evivalentní šumový výkon PNEP nebo jen N.E.P (noise equivalent power ), Detektivita D a normovaná detektivita D*. 7.Parazitní vlivy : Čidla světelného záření mění své vlastnosti působením některých parazitních vlivů (teplota, ionizující záření, vlhkost apod.). Fotoodpory : Z hlediska konstrukčního si je lze představit jako polovodič umístěný mezi dvěma elektrodami. Jsou možné dva základní principy fotoodporů – příčný a podélný. V prvním případě pusobí dopadající zářivý tok na elektrické pole ve vzájemně kolmých rovinách. U podélného fotoodporu se ozařuje přes elektrodu, která musí být pro zářivý tok průchozí. Materiál: CdS, CdSe, CdSSe, Ge, Si, skelné polovodiče. Vlastnosti : Odpor za tmy .. Rt, Měrná citlivost Kf = (If / ( . U, nelinearita If = f ( E ), V-A char., spektrální char., frekvenční char., výkonové zatížení, časová stálost. Fotodiody : Patří mezi nejčastěji používaná čidla světelného zařízení. Pracovní režim fotodiod : a)aktivní (generátorové) čidlo – hradlový režim , b)pasivní čidlo – odporový režim. Fotodioda v hradlovém režimu nemá vnější předpětí. Může pracovat ve třech zapojeních, které se liší velikostí zatěžovacího odporu : 1)Výkonový režim, 2)Režim nakrátko, 3)Režim naprázdno. Základní typy fotodiod : Podle vzájemné polohy PN přechodu a směru dopadajícího záření, můžeme rozděli na – 1.rovnoběžné (směr dopadajícího záření je rovnoběžný s PN přechodem ), 2.kolmé ( směr záření je kolmý na PN přechod ). Z hlediska tvaru citlivé části fotodiody lze provést následující rozdělení : a)jednoduché (bodové a plošné), b)dvojité (řadové a polární) c)vícenásobné (řadové – přímka a kružnice a plošné – matice a kruh) Fotodioda PIN : Mezi P a N vrstvu se vkládá pásmo téměř čistého křemíku tzv. I vrstva ( intrinsickou, ochuzenou vrstvu ) s intrinsickou vodivostí a s vysokým měrným odporem. Lavinová fotodioda : Je využit mechanismus lavinového zasílení nosičů v oblasti PN přechodu. Vnitřní zesílení generátorového fotoproudu je založeno na mechanismu lavinového průrazu, který spočívá v exponenciálním narůstání počtu nosičů náboje v důsledku nárazové ionizace. Dvě podmínky pro vznik lavinového průrazu : 1)tloušťka vyprázdněné oblasti přechodu PN musí být větší než střední volná dráha menšinových nosičů. 2) energie akumulovaná menšinovými nosiči urychlovanými polem přechodu PN musí být větší než práh nárazové ionizace. Lavinové diody patří mezi nejrychlejší a nejcitlivější čidla světelného záření. Schottkyho dioda : oblast protstorového náboje je přímo v povrchové vrstvě polovodiče. Fotodiody s heteropřechodem : nedostatkem rychlých fotodiod s homopřechody je požadavek na minimalní vzdálenost roviny přechodu PN od povrchu, na který dopad záření. V tomto ohledu jsou výhodnější struktury s heteropřechody. Hrotová dioda : je vhodná pro zpracování velmi vysokých modulačních kmitočtů. Materiál fotodiod : především Si a Ge. Ale teď i InSb, GaAs, InAs hlavne v IR oblasti. Fototranzisotry:je v podstatě tranzistor, ve kterém je průchod nosičů náboje řízen velikostí dopadajícího záření. Ve většině případu není vyvedena báze. Fototranzistory jsou řešeny jako bipolární tranzistory typu PNP a NPN. Za účelem zvýšení horní kmitočtové hranice jsou konstruovány fototranzistory řízené el. polem. Jejich citlivost lze nastavit hradlem. Fototyristory:elektronický spínač, který lze dopadajicím zářením přepnout z blokovacího do propustného pásma. Dle uspořádání polovodičového elementu a funkce dělíme na:1)Závěrně blokující diodový fototyristor, 2)Závěrně blokující triodový fototyristor, 3)Závěrně blokující tyristorová fototetroda, 4)Programovatelná fotodioda se dvěma bázemi. OS infračerveného záření (Bolometry ) : Absorpci zářivého toku se mění teplota odporového čidla a s její změnou se mění i jeho odpor. Snímače obvykle pracují ve spektrální oblasti 0,8(m až 50(m i více. Jsou schopny indikovat energie zářivého toku 10-8 až 10-10W. Velkou předností odpor. bolometrů je relativně malá časová konstanta. Podle materiálu je dělíme na kovové a polovodičové. Bolometry mohou pracovat:a)při normální teplotě, b)při nízké teplotě, c)v supravodivém stavu. Bolometry jsou použív. pro optické pyrometry, spektometry, bezdotykové měření teploty apod. Základní vlastonosti : Šumové vlastnosti ( radiační šum, tepelný, johnsonnův, generačně-rekombinační, l / f šum Kovové Bolometry : Patří do skupiny tepelných snímačů a jejich činnost je tedy založena na změně odporu, která vznika při ohřevu snímače v důsledku dopadajícího infračerveného záření.Pro relativní změnu odporu bolometru při změně jeho teploty (T způsobené dopadajícím zářením platí (R/R = ( (T, kde ( je teplotní součinitel odporu. Jako materiál se používá Pt, Ni, Bi, Sb. Konstrukčně je snímač řešen tak, že se skládá ze dvou kovových pásků (např. 6mm x 0,5mm x 0,1(m). Tloušťka 0,1 až 0,3 (m. Pro kompenzaci okolní teploty se používá pásek stejné konstrukce, na který ovšem nedopadá zářivý tok. Oba odporové články jsou zapojeny do můstku. Polovodičové Bolometry : Podle materiálu je dělíme na Polykrystalické a Monokrystalické. Polykrystalické (termistorové) bolometry jsou tvořeny tenkými vrstvami kysličníků niklu, kobaltu, manganu a další. První konstrukce roku 1942 – materiál CuO2. Konstrukčně se podobají kovovým bolometrům, pouze tloušťka odporové vrstvy je větší až 10(m. Hodnota odporu bývá až desítky M(. Čidlo musí být umístěno v ochraném krytu, kvůli styku s atmosférou ( jinak vzniká šum. Chlazené bolometry : Dělí se na Supravodivé a Nízkoteplotní bolometry. U supravodivých bolometrů jde o zvýšení citlivosti kovového bolometru při supravodivém stavu.Teplotní součinitel odporu je velký a při snižování teploty se zvětšuje.Materiál C, Ge, Si, legovaný polovodič.
212-Odporové snímače ( OS ) – patří do skupiny pasivních snímačů.Nutno spojit s měřícím obvodem pomocí spojovacího vedení.Rozdělení : kontaktové, se stykovým odporem, polohy, deformace, tepelné, záření, mag. veličin, vlhkosti, elektrolytické a ostatníAby nebyla ovlivněna citlivost snímače a chyby způsobené vedením byly v přijatelných mezích, má platit vztah R