Сенсори температури на основі інтегральної електроніки та оптики

Предмет:

Тип роботи:

Автореферат

К-сть сторінок:

Мова:

Українська

Оцінка:

спіралі холестеричних рідких кристалів. Показано, що параметр g, який характеризує силу поверхневих ефектів, є якісним параметром рідкокристалічного матеріалу, що дає можливість оцінити ймовірність утворення в рідкому кристалі деформації кручення. Запропоновано ввести параметр gп для опису ймовірності утворення гомеотропної чи планарної орієнтації ближніх до поверхні підкладок молекул рідкого кристала, причому ріст gп відповідає росту ймовірності утворення гомеотропної орієнтації. Необхідними умовами для створення якісної спіральної структури є низькі значення величин g та gп. Для розрахунків параметрів рідкого кристала в обмеженому зразку, пов'язаних з деформацією кручення, необхідно враховувати енергію зчеплення з підкладкою і величину константи пружності К22, що є визначальним при створенні термосенсорних пристроїв на електрооптичних ефектах у рідких кристалах.

Розроблено еліпсометричний метод вимірювання товщини зазору та контролю його рівномірності з використанням рідкокристалічного матеріалу і призми Воластона, що підвищило точність вимірювань до 0, 001мкм.

Для представлення інформації з термосенсорів в аналоговій формі нами розроблено ряд рідкокристалічних індикаторів. У розробленій їх математичній моделі лінійна характеристика перетворення:

, (1)

де rc – питомий опір рідкокристалічного матеріалу, H – товщина шару рідкого кристала, , (рис. 12), може використовуватися для розрахунку аналогового рідкокристалічного індикатора з довільними параметрами l та Us – Ul, де Us вiдповiдає напрузi перемикання рідкого кристала з одного стану в iнший, тобто структура рідкого кристала з одним провiдним електродом, а другим – напiвдiелектричним електродом, що задовільняє співвідношення (1) є доволi унiверсальною.

Також отримане спiввiдношення, що пов'язує параметри аналогового рідкокристалічного індикатора з логарифмiчною характеристикою перетворення:

(2)

Вирази (1) і (2) є теоретичною моделлю для проектування, розрахунку та оптимiзацiї аналогового рідкокристалічного індикатора, для узгодження вимог практики та параметрiв матерiалiв, що використовуються в його конструкцiї.

Розроблено нові структури аналогових рідкокристалічних індикаторів (рис. 13), в яких електроди можуть бути високоомними, низькоомними, а їх зовнішнє під'єднання забезпечує довільну гаму індикуючого знаку (риска, стовпець).

У сьомому розділі наведені результати розробки сенсорів температури на основі інтегральної оптики. Розроблена схема вимірювання температури спалювання одноканальним світловодним зондом та досліджені основні функціональні спектральні та енергетичні залежності.

Розроблено світловодний телеметричний поєднувач з оптичним живленням, що забезпечує достатню стійкість до перешкод та гальванічну ізоляцію, для роботи в особливо складних умовах.

Показано шляхи покращення параметрів телеметричного поєднувача: зменшення послідовного опору у фотоелементах, введення оптоелектронного приймача, оптичного оберненого зчеплення, збільшення кількості волокон, покращення спектральної характеристики енергетичних світловодів, застосування арсенід-галієвих елементів і одномодового світловода у трансмісійному поєднувачі.

Запропонована та розроблена конструкція оптичного клапана на основі волоконно-оптичного кабелю та рідкокристалічного матеріалу для застосування його як запобіжника температури, а також як сенсора температури. На основі досліджень залежності пропускання циліндричних волоконних світловодів і сформованого кабелю від їх довжини обґрунтований вибір оптимальних довжин волокна. Він містить комірку, заповнену рідкокристалічним матеріалом (індукованим холестериком) зі змінним показником заломлення на ділянці видаленої оболонки світловоду. Діапазон вимірюваної температури визначається температурним інтервалом існування рідкокристалічної фази і для досліджених індукованих холестериків становить 253…333К.

Розроблено волоконно-оптичний сенсор, в конструкції якого локально видалено оболонку світловоду і замінено її на рідкокристалічну коміркою, причому показник заломлення осердя світловоду повинен бути більшим від показника заломлення рідкого кристала і змінюватися в широких межах. Вихідний промінь реєструється фотоприймачем. При використанні комірки, заповненої нематичним рідким кристалом, інтервал мезофази якого 253…333 К зі зміною величини показника заломлення Dn = 0, 3 можливе вимірювання температури в межах існування мезофази.

Для даного сенсора можлива візуалізація зовнішнього впливу (температури, а також тиску, електричного і магнітного полів) з подальшим визначенням величини зовнішнього впливу.

Досліджено спектральний селектор на основі рідкокристалічної комірки і хвилеводу. Показано, що спектральний розподіл залежить від вмісту оптично активної домішки в рідкокристалічних сумішах. Даний селектор можна використовувати в температурних сенсорах. При цьому є можливість створення триколірного пікселя малих розмірів.

Розроблено багатофункціональні сенсори на основі планарного світловоду з індукованим холестериком, з використанням спейсерів; з кількома детекторами випромінювання. Діапазон вимірюваної температури для досліджених індукованих холестериків становив 223... 333К.

При цьому можливе вимірювання тиску – в діапазоні до 40Па та електричних полів у межах до 2Ч106 В/м.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ТА ВИСНОВКИ

У дисертації наведені теоретичні узагальнення і сформульовано новий напрямок – розвиток теорії, практики, створення та застосування сенсорів температури на основі інтегральної електроніки та оптики. За результатами проведених досліджень напівпровідникових термосенсорних інтегральних схем, електрооптичних ефектів у рідких кристалах та волоконно-оптичних елементах створено нові сенсори температури.

1. Показано, що похибка термосенсорних ІС з відносною температурною шкалою визначається як параметрами вузла первинного перетворювача, так і вузла стабілізації опорної напруги. З метою підвищення точності вимірювання відносних температур, а також забезпечення високої стабільності при зміні напруг живлення, багатофункціональності та високої відтворюваності параметрів розроблено новий вузол первинного перетворювача температури, принцип роботи якого полягає у формуванні струму з лінійною залежністю від абсолютної температури та подальшому його перетворенні в диференційну напругу, значення якої визначається шкалою відносної температури. Визначальними особливостями запропонованого перетворювача є його висока універсальність при побудові термосенсорних ІС з відліком відносної температури та висока стабільність при зміні напруги живлення (при зміні напруги живлення на