Сенсори температури на основі інтегральної електроніки та оптики

44. Пат. 29717 A Україна., МПК G 01D 7/00. Аналоговий рідкокристалічний індикатор / Готра З. Ю., Готра О. З., Батбаярин Д., Петрів О. Р., Сенюк Б. І., Смалюх І. І. – №97020551; Заявл. 10. 02. 97; Опубл. 15. 11. 00. Бюл. 6-ІІ.

45. Пат. 29718 A Україна., МПК G 01D 7/00. Аналоговий рідкокристалічний індикатор / Готра З. Ю., Готра О. З., Батбаярин Д., Петрів О. Р., Сенюк Б. І., Смалюх І. І. – №97020552; Заявл. 10. 02. 97; Опубл. 15. 11. 00. Бюл. 6-ІІ.

46. Пат. 32774 A Україна., МПК G 02F 1/13. Рідкокристалічний індикатор / Готра З. Ю., Готра О. З., Сенюк Б. І., Смалюх І. І. – №98041657; Заявл. 01. 04. 98; Опубл. 15. 02. 2001. Бюл. 1.

47. Пат. 31816 А Україна., МПК G 01K 11/12. Кольоровий рідкокристалічний індикатор температури / Готра З. Ю., Смалюх І. І., Настишин Ю. А., Готра О. З. – №98105785; Заявл. 30. 10. 98; Опубл. 15. 12. 00. Бюл. 7-ІІ.

48. Пат. 43016 A Україна, МПК G 01D 7/00. Аналоговий рідкокристалічний індикатор / Готра О. З. – №98041657; Заявл. 28. 11. 2000; Опубл. 15. 11. 2001. Бюл. 10.

 

 

Готра О. З. Сенсори температури на основі інтегральної електроніки та оптики. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05. 11. 04 – прилади та методи вимірювання теплових величин.

Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2002 р.

Дисертацію присвячено створенню нових сенсорів температури на основі інтегральної електроніки та оптики: термосенсорних інтегральних схем, рідкокристалічних та волоконно-оптичних структур для термометрії. Виявлено механізм виникнення від'ємної диференційної провідності, який покладений в основу первинних перетворювачів термосенсорних інтегральних схем для вузького температурного діапазону ±1оС і більше в інтервалі -50…120оС. Розроблено методику та математичне забезпечення для оптимізації високої стабільності сигналу (при зміні напруги живлення низьковольтних ІС на ±20% нестабільність сигналу не перевищує 0. 01... 0. 05%). Розроблені вимірювальні перетворювачі на основі тонкоплівкових термозалежних резисторів у вигляді розсуміщених двошарових резистивних структур. Виявлені закономірності модифікації рідкокристалічних матеріалів для термометрії. Створені нові рідкокристалічні сенсори температури на основі фазових переходів, селективності пропускання та розкладу білого світла. Наведені нові мікроелектронні сенсори температури систем: скловолокно – рідкий кристал, оптична призма – рідкий кристал, в основу роботи яких покладено температурну залежність параметрів світлового потоку.

Ключові слова: вимірювання, інтегральна електроніка, інтегральна оптика, сенсор температури, термосенсорна інтегральна схема, рідкокристалічний сенсор температури, волоконно-оптичний термосенсор.

 

 

Готра А. З. Сенсоры температуры на основе интегральной электроники и оптики. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05. 11. 04 – приборы и методы измерения тепловых величин.

Национальный университет “Львовская политехника”, г. Львов, 2002г.

Диссертация посвящена созданию новых сенсоров температуры на основе интегральной электроники и оптики. Исследованы термосенсорные интегральные схемы, жидкокристаллические и волоконно-оптические структуры. Выявлен механизм возникновения отрицательной дифференциальной проводимости, который положен в основу первичных преобразователей термосенсорных интегральных схем для узкого температурного диапазона ±1оС и больше в интервале -50…120оС. Разработана методика и математическое обеспечение для оптимизации высокой стабильности сигнала (при изменении напряжения питания низковольтных ИС на ±20% нестабильность сигнала не превышает 0. 01... 0. 05%). Для корректного описания ВАХ уточнены модели ВАХ элементов ИС. Показано уменьшение нелинейности на 10... 20% выходного сигнала первичного преобразователя термосенсорных ИС при питании p-n перехода температурнозависимым током. Предложены принципы построения термосенсорных ИС с экспоненциальной, квазилинейной и линейной характеристиками преобразования. Выявлены закономерности модификации жидкокристаллических материалов для термометрии. Показана возможность построения жидкокристаллических и сенсорных устройств в интервале существования голубой фазы для контроля фиксированных значений температуры. Теоретически и экспериментально подтверждена возможность создания нового класса микроэлектронных сенсоров температуры на основе систем: стекловолокно – жидкий кристалл, в которых изменение коэффициентов преломления жидкого кристалла чувствительно к изменению температуры; оптическая призма – жидкий кристалл, в основу работы которых положена температурная зависимость селективности пропускания жидкого кристалла в системе получения спектра белого света. Разработана математическая модель аналоговых индикаторов на основе электрооптических эффектов в жидких кристаллах. Показана возможность регулирования диапазона чувствительности регистрации в зависимости от конструктивно-технологических факторов: сопротивления и его распределения по длине электродов и внешней коммутации, что обеспечивает произвольную гамму индуцированного знака в термометрии. Теоретически обоснован выбор полупроводниковых материалов для сенсоров температуры. Разработаны измерительные преобразователи на основании мостовых схем, в которых введены тонкоплёночные термозависимые резистры в виде рассовмещённых двухслойных резистивных структур с положительным и отрицательным коэффициентами сопротивления, которые обеспечивают измерение температуры в интервале -50... +1800С. Созданы новые принципы построения термосенсорных ИС: с экспоненциальной характеристикой преобразования, особенностью которых является гранично высокая крутизна преобразования (10…20% /К), минимальные структурные затраты и возможность нормального функционирования при низких напряжениях питания (от 2В) ; с квазилинейным отсчетом относительных температур, который базируется на основе дифференциального каскада и имеет преимущества при измерении температуры в узком (несколько градусов) температурном диапазоне с высокой чувствительностью (5…8% /К) ; с линейным отсчетом относительных температур, которые имеют общие сигнальные цепи и цепи питания, что обеспечивает минимизацию энергопотребления (единицы миливатт) и выводов (от 3-х выводов) ИС. Разработаны микроэлектронные сенсоры температуры системы светловод – жидкий кристалл, оптическая призма – жидкий кристалл.

Ключевые слова: измерения, интегральная электроника, интегральная оптика, сенсор температуры, термосенсорная интегральная схема, жидкокристаллический сенсор температуры, волоконно-оптический термосенсор.

 

 

Hotra O. Z. Temperature sensors based on integrated electronics and optics. – Manuscript.

Thesis for scientific degree of the doctor of technical sciences on speciality 05. 11. 04 – devices and methods of heat value measurements.

National University “Lvivska Polytechnica”, Lviv, 2002.

Thesis is dedicated to creation of new temperature sensors based on integrated electronics and optics: thermosensitive integrated circuits, liquid crystal and fiber-optic structures for thermometry. The mechanism of appearing of negative differential conductivity that is the base of primary transducers of thermosensitive integrated circuits for narrow temperature range of ±1оС and more in the 50…120оС is revealed. The technique and mathematical concept for optimization of high signal stability are elaborated (at change supply voltage of low voltage IC on ±20% the signal nonstability is not higher than 0. 01... 0. 05%). The measurement transducers based on thin film resistors on displaced double layer resistive structures are elaborated. The regularities of modification of liquid crystal materials for thermometry are revealed. New liquid crystal sensors based on phase transitions, transmission selectivity and natural light distribution are created. New microelectronic temperature sensors based on systems: fiber glass – liquid crystal, optic prism – liquid crystal with usage of temperature dependence of transmission selectivity of liquid crystal in the system of receiving of natural light spectrum are elaborated.

Key words: measurement, integrated electronics, integrated optics, temperature sensor, thermosensitive integrated circuit, liquid crystal temperature sensor, fiber-optical thermosensor.