Статья: Математическая модель крупноформатного инфракрасного фотоприемного устройства при временной задержке и накоплении (2017)

Представлены результаты разработки систем микросканирования для тепловизоров третьего поколения на основе пьезоэлектрического и электромагнитного приводов. Приведены основные технические характеристики микросканеров, дана их сравнительная оценка.

Методами растровой электронной микроскопии, металлографии, рентгенографии, термомеханическим анализом и методом лазерной вспышки проведено комплексное исследование структуры и свойств (Ti, Al)-композитов. Они были приготовлены прессованием смеси порошков титана и алюминия с последующим твердофазным спеканием на воздухе. Получены зависимости микроструктуры, фазового состава, плотности, пористости, твердости, коэффициентов температуропроводности и теплового расширения от состава, давления прессования и времени спекания. Экстремальные значения (минимальные и максимальные) вышеуказанных свойств (исключение – твердость по Бринеллю) соответствуют сочетаниям крайних значений варьируемых факторов – содержания титана и нагрузки прессования. Описаны возможные механизмы формирования структуры, фазового состава и свойств.

Выращены анодные оксидные плёнки на подложках InSb в электролитах на основе гидроксида калия, персульфата аммония и сернистого натрия. Изготовлены фоточувствительные элементы и проведена их термообработка. По измеренным ВАХ p–n-переходов установлено, что высокое качество изделий, соизмеримое с базовым (Na2S) вариантом, формируется в электролите на основе персульфата аммония. Показана возможность увеличения предела термической стойкости фотодиодных структур InSb до 190 оС при использовании этого электролита.

Описываются тепловые элементы современных неохлаждаемых тепловизионных матриц, основанных на теплоизоляции чувствительных элементов и на накоплении тепла в их объеме за время кадра. Подробно обсуждаются особенности функционирования и конструкции как резистивных микроболометров, так и пироэлектрических элементов. Рассматривается новый принцип построения элементов высокочувствительных неохлаждаемых быстродействующих матриц, основанных на пироэлектрическом эффекте, для регистрации ИК-излучения, а также излучения с большим значением длины волны. Представленный подход к построению матрицы заключается в отсутствии теплоизоляции элемента от подложки, в использовании в качестве чувствительного слоя тонкой пироэлектрической пленки и накоплении за время кадра заряда генерируемого ИК-излучением. Описывается новый принцип высокоскоростной модуляции излучения. Приводятся экспериментальные значения пироэлектрического коэффициента в пленках ниобата бария стронция BaxSr1-xNb6, который достигает значений (1–2)10-3 Кл/м2. Показано, что элементы на основе указанного материала с размерами 1212 мкм, обладают в режиме накопления заряда удельной обнаружительной способностью D* порядка 109 см Гц1/2 Вт-1.

Рассмотрены особенности квантовой эффективности генерации носителей в фоточувствительном элементе при воздействии когерентного излучения. На примере гомогенного образца показано, что за счет интерференции прямого и обратного потоков фотонов квантовая эффективность при когерентном излучении колебательным образом зависит от размеров образца вдоль направления засветки, причем амплитуда колебаний монотонно уменьшается с увеличением размеров образца. Проведено сравнение со случаем некогерентного излучения.

Проведено экспериментальное исследование разгорания безэлектродной серной СВЧ-лампы высокого давления. Разряд зажигался и поддерживался в парах серы и аргоне (20 Торр) в кварцевой колбе диаметром 35 мм, размещенной в цилиндрическом резонаторе диаметром 73 мм и высотой 147 мм. Колба вращалась с угловой скоростью v от 0 до 24 об/с, плазма возбуждалась на частоте 2,45 ГГц при мощности магнетрона 200–740 Вт. Обнаружено, что появление светового потока (освещенности) лампы после зажигания в колбе СВЧразряда происходит с задержкой tз, которая не зависит от скорости вращения колбы, но уменьшается с увеличением мощности магнетрона. В процессе разгорания лампы наблюдалось изменение формы плазмы СВЧ-разряда и ее положения в колбе, которые определялись скоростью вращения колбы и мощностью магнетрона. Зависимость освещенности лампы от времени ее разгорания t имела максимум Еmax, положение которого, tmax, с увеличением мощности магнетрона и скорости вращения колбы сдвигалось в сторону меньших значений t. С увеличением скорости вращения колбы v от 0 до 7–8 об/с уменьшалось время достижения лампой установившегося режима tуст., возрастала максимальная освещенность Еmax, а спектр излучения плазмы сдвигался в длинноволновую область. Увеличение скорости вращения колбы свыше 8 об/с вызывало снижение освещенности и рост tуст.

В обзоре приводится сравнительный анализ результатов экспериментов по исследованию параметров и характеристик плазмы, создаваемой различными способами в диэлектрическом сосуде: при инжекции непрерывного электронного пучка током 10–40 мА и энергией 2–8 кэВ в цилиндрическую кварцевую полость, а также безэлектродным индуктивным ВЧразрядом, генерируемым внешней квадрупольной антенной, причем в форвакуумном диапазоне давлений (1–15 Па) рабочих газов (Ar, N2). Приводятся сравнения продольных и радиальных профилей концентрации, а также величин температуры электронов и потенциала, характерных для упомянутых видов плазмы. Показано, что оба способа позволяют осуществить генерацию однородной плазмы в диэлектрической полости с концентрацией 109–1011 см-3 и температурой электронов 2–4 эВ.

Многокомпонентные рабочие тела (МРТ) нашли широкое применение в холодильной и криогенной технике. Одним из основных элементов данных систем является рекуперативный теплообменник, в котором осуществляется регенерация холода. Однако процессы кипения и конденсации смесей остаются недостаточно изученными. В данной работе рассматриваются различные соотношения, позволяющие описывать данные процессы, а также производится сравнение результатов, полученных с использованием этих соотношений, с существующими экспериментальными данными.

Уравнение конвективного массопереноса в случае вектора скорости, одинакового для всех компонент композиционной среды, получено еще в прошлом веке и приводится во многих справочниках по массопереносу, в частности, известных работах Лыкова А. В. Отличительной особенностью данного исследования является дальнейшее обобщение указанного уравнения с учетом разнонаправленности векторов скоростей компонент. Это является актуальным в связи с широким распространением в настоящее время тонких суспензий магнитно-активных жидкостей в качестве компонент композиционных смесей и их использования при активном управлении процессом массопереноса. При выводе уравнения конвекционного массопереноса используется понятие представительного объема композиционной среды с использованием объемных долей компонент, где неявно используется гипотеза о том, что объемные доли компонент являются дискретной случайной величиной, описывающей вероятности присутствия той или иной компоненты неоднородной среды в конкретной точке с заданными координатами, как представительного объема, так и исследуемой геометрической области в целом. С методической точки зрения в статье вначале пространственное уравнение упрощается до одномерного для любого из выбранных читателем направлений декартовой системы координат. Для любого из направлений в отдельности получен аналог вилки Фойгта-Рейсса соответствующих проекций скоростей компонент композиционной смеси. Далее вилка средних проекций скоростей по направлениям сужается до вилки Кравчука-Тарасюка. После этого усреднением вилки КравчукаТарасюка получается одномерное уравнение конвективного массопереноса в композиционной среде в смысле средних по представительному объему значений проекций скоростей компонент для каждого из направлений декартовой системы координат. Далее с использованием среднего вектора скорости композиционной смеси и специфического переопределения «в операции дивергенция в смысле среднего значения частных производных строиться общее уравнение для пространственной области. Результаты данного исследования могут быть применены при построении прикладной теории управления конвективным массопереносом композиционной среды с помощью внешнего магнитного поля. При этом часть компонент смеси может быть магнитонейтральна.