up
Search      menu
علم و تکنولوژی :: مقاله پيرو الکتريک PDF
QR code - پيرو الکتريک

پيرو الکتريک

پيرو الکتريک (pyroelectric)

زبرخي کريستال ها و سراميک هاي خاص با قرار گرفتن در معرض تغييرات حرارتي ، بارالکتريکي توليد مي کنند که به اين پديده اثر پيرو الکتريک گفته مي شود .
بلورهاي پيروالکتريک به بلورهاي فروالکتريکي مربوطند که نامتقارن مرکزي هستند و يک قطبش خود به خود Ps را بروز مي دهند . برخلاف فروالکتريک ها جهت Ps نمي تواند بوسيله ميدان الکتريکي اعمال شده که آن معمولا وابسته به دماست ، معکوس شود: ∆Ps = л ∆T Л ضريب پيروالکتريک است زيرا انبساط گرمايي ، اندازه ( طول ) دوقطبي ها را تغيير مي دهد .
معمولا مولکول هاي ناخالصي قطبي براي خنثي کردن بارهاي سطحي رو بلورها جذب مي شوند در نتيجه اثر پيروالکتريک در يک بلور تحت شرايط دمايي ثابت قابل آشکار سازي نيست ، بلکه فقط وقتي که بلور گرم ميشود و Ps تغيير مي کند مي توان آن را ظاهر کرد.
بلور هاي پيرو الکتريک اساسا در آشکارسازهاي تابش فروسرخ به کار مي روند. آنها را مي توان با اندودن سطح کاوش گر بلوري با ماده جاذب مناسب از لحاظ طيفي حساس کرد. براي آشکارسازها بهتر آن است که
&#۹۴۱; л را به حداکثر رسانيد؛ يعني فروالکتريک هاي با ثابت دي الکتريک کوچک مناسب است . مهمترين ماده آشکارساز تا اين زمان (۱۹۹۶) تري گلي سين سولفات است .
● رابطه مابين فرو ، پيزو و پيروالکتريسيته
سه خاصيت به آثار قطبش در بلورها مربوطند و با هم ارتباط دارند. مواد بسياري در رده کلي دي الکتريک ها قرار مي گيرند؛ که خواص و بخصوص خواص الکتريکي شان تحت تاثير ميدان هاي الکتريک قرار مي گيرند؛
پيزو الکتريک ها رده فرعي از دي الکتريک ها هستند. پيزوالکتريک ها وقتي تحت تنش مکانيکي قرار گيرند بار الکتريکي بروز مي دهند؛ برعکس پيزوالکتريک ها تحت اعمال ميدان الکتريکي تنشهاي مکانيکي بروز مي دهند.
پيروالکتريک ها رده فرعي از پيزوالکتريک ها هستند. اين مواد خود به خود قطبي مي شوند و بنابرين يک گشتاور دو قطبي خالص بروز مي دهند. بعضي از مواد پيروالکتريک، فرو الکتريک هم هستند، زيرا قطبش خود به خود مي تواند تحت اعمال يک ميدان الکتريکي معکوس شود. بنابراين مواد فروالکتريک هم پيرو و هم پيزوالکتريک اند. بعلاوه مواد پيروالکتريک هم پيزوالکتريک هستند؛ ولي عکس آن صادق نيست يعني تمام پيزو الکتريک ها نمي توانند پيروالکتريک باشند وغيره
● اندازه گيري ضريب پيروالکتريک
اندازه گيري ضريب پيروالکتريک به روش هاي مختلفي انجام مي شود اما ساده ترين روش با استفاده از فرمول زير و شکل داده شده مي باشد:
▪ &۹۱۶;T
▪ Ip = (dQdt) = (dTdt) * (dQdT)
▪ dQ = AdPs = APdT
▪ Ip = PA(dTdt)
▪ P = Ip A( dTdt )
بطوري که در شکل پايين داريم : IP = IM ( ۱+ RMRC ) که IMجريان اندازه گيري شده مي باشد و RM مقاومت تقويت کننده و RC مقاومت نشتي پيروالکتريک مي باشد و معمولا طوري طراحي مي شود که RM>RC باشد. در نتيجه IM ~ IP و ضريب پيروالکتريک (P) را مي توان با تغيير دادن دماي پيروالکتريک در سرعت مشخصي اندازه گيري کرد.
● کوارتز (Silicon Oxide)
کوارتز يک کاني سيليکاته و از دسته تکتوسيليکاتها با فرمول ثابت و وزن مخصوص ۶۵ ۲ است. کوارتز معمولاً بي رنگ يا سفيد است اما وجود ناخالصي و نقص بلورين و ... آن را به رنگهاي متنوع مانند بنفش، زرد، دودي، شيري و.... در مي آورد.
اين کاني داراي خاصيت پيزو الکتريک و پيروالکتريک قوي است .
انواع کوارتز
۱) کوارتز شفاف
۲) آمتيست
۳) کوارتز دودي (کايرنگورم)
۴) سيترين
۵) کوارتز شيري
۶) عقيق
۷) کلسدوني
● سنسورهاي مادون قرمز
سنسورهاي مادون قرمز پسيو وسايل الکترونيکي هستند که تشعشعات اينفرارد از اجسام و اهداف را در ميدان ديدش اندازه گيري مي کند. به اين سنسورها سنسورهاي PIR گفته مي شود که از مخفف کلمه InfraRed sensors Passive گرفته شده است. PIR ها گاهي براي آشکارسازي اهداف متحرک بکار مي روند، به اين صورت که منبع انتشار اينفرارد با يک دما، مانند بدن، از جلوي منبع اينفرارد ديگر با دماي ديگر، مانند ديوار عبور مي کند و بر اساس اين تغييرآشکارسازي صورت مي گيرد. همه اشياء اينفرارد (مادون قرمز) تشعشع مي کنند. اين تشعشع از ديد انسان نامرئي است ولي مي تواند با وسايل الکترونيکي که براي اين هدف ساخته شده اند ، آشکار شود. عبارت پسيو در اين سنسور به اين معني است که اين سنسور از خود هيچ نوع انرژي ساتع نمي کند، و فقط تشعشعات اينفرارد را از قسمت جلوئي سنسور (Sensor Face) دريافت مي کند.
● سيستم هاي آشکار سازحرکت
در بين انواع آشکارسازها، آشکارسازهاي مادون قرمز پيروالکتريک از جايگاه خاصي برخوردار مي باشند که از مواد مختلف زير دسته پيروالکتريک ها ساخته شده اند و گسترة مادون قرمز طيف الکترومغناطيسي را آشکارسازي مي کنند . اين سيستم ها در برابر تشعشعات مادون قرمز که از يک منبع طبيعي توليد شده اند مثل تشعشع ناشي از حرارت بدن انسان ، واکنش نشان مي دهند. اين آشکار سازها در اغلب سيستم هاي امنيتي مدرن به کار برده مي شوند. اغلب سيستم هاي حفاظتي مبتني بر PIR به گونه اي طرح مي شوند که وقتي يک انسان يا يک حيوان خون گرم بزرگ در حوزه ي عملکرد آشکار ساز PIR حرکت نمايد يک زنگ خطر يا نورافکن روشن شود و يا يک درب باز شده و يا ساير انواع سيستم هاي الکترو مکانيکي فعال شود. سيستم آشکار ساز حرکت در بازار با نام چشمي شناخته مي شوند به عنوان دزدگير استفاده مي شود. همانگونه که در شکل نشان داده شده است در اين سيستم ها از آشکار ساز پيرو الکتريک به عنوان حسگر مادون قرمز استفاده مي شود
● عملکرد آشکار ساز حرکت (PIR)
عملکرد آشکار ساز PIR بدين گونه است که وقتي بدن شخصي در ميدان ديد عناصر پيرو الکتريک قرار گيرد قسمتي از انرژي تشعشع مادون قرمز که از بدن منتشر شده است و روي سطح عناصر حساس تابيده است, به تغييرات حرارتي بسيار جزيي ولي قابل آشکار سازي تبديل مي شود و اين تغييرات نيز به نوبه خود موجب بروز تغييراتي در ولتاژ خروجي مي شود. در وضعيتي که شخص يا هر منبع تشعشعات مادون قرمز به صورت ساکن در برابر عدسي آشکار ساز قرار گيرد ولتاژ توليد شده توسط هر دو سراميک پيرو الکتريک متشابه بوده و ولتاژ تفاضلي اين مجموعه صفر خواهد شد ولي اگر اين منبع حرارتي در مقابل عدسي آشکار ساز شروع به حرکت کند آنگاه هر يک از دو عناصر پيرو الکتريک ولتاژهاي متفاوتي ايجاد خواهند کرد و در نتيجه در خروجي ولتاژ متغيري ايجاد خواهد شد. بنابراين هرگاه يک واحد PIR در مدار قرار گيرد آنگاه حرکت منبع حرارت در جلوي اين آشکارساز تغيير ولتاژي را القا مي کند که اين ولتاژ توسط يک JFET بافر شده و جريان آن تقويت مي شود و ولتاژ DC آن توسط خازن حذف مي شود و اگر روي اين ولتاژ تقويت مناسب و ***** کردن صحيح انجام شود آنگاه از آن مي توان براي راه اندازي زنگ خطر و يا هر مکانيزم حفاظتي ديگر استفاده کرد.
بعضي از ترکيبات عبارتند از: گاليوم نيتريد (GaN)، کاسيم نيترات (CsNO۳)، پلي وينيل فلورايد، مشتقات فنيل پيرازين و ليتيوم تانتاليک (LiTaO۳) که مانند کريستال است و خواص پيرو الکتريک و پيزو الکتريک را با هم دارد. بعضي از بلورها مثل تانتالات ، ليتيم ، تيتانات باريم و سولفات تري گليسيرين داراي المانهاي وابسته به دما هستند و وقتي بين صفحات فلزي قرار مي گيرند، يک خازن حساس به دما تشکيل مي شود که توان تابش IR را اندازه مي گيرد.
● کنترل آلودگي ((pollutant control
به وسيله عبور دادن تابش هاي فرو سرخ از يک گاز نمونه مي توان وجود مقداري از يک آلودگي مشخص در آن را آشکار سازي کرد. براي اين منظور ميتوان مطابق شکل يک گاز نمونه را در مقابل منبع تابش فرو سرخ قرار داد وسپس با قرار دادن يک ***** نوري در مسير، که محدوده باريکي از بسامد ها مطابق با بسامدي که آلودگي مورد نظر جذب ميکند را از خود عبور ميدهد ، مقدار تابش رسيده را به وسيله يک آشکار ساز پيروالکتريک اندازه گرفت و از روي مقدار تابش عبوري مقدار آلودگي را اندازه گرفت . با عوض کردن ***** مي توان آلودگي هاي ديگر را اندازه گرفت.
● تصوير برداري حرارتي
اين روش با متمرکز کردن تابش هاي فروسرخ گسيل شده از سطح در دماهاي مختلف بر روي يک صفحه حساس انجام مي گيرد و شبيه روش تصوير برداري با نور مرئي مي باشد .
در اين جا دو ناحيه طول موج فروسرخ وجود دارد يکي بين ۳ تا ۵ ميکرومتر و ۸ تا ۱۴ ميکرومتر؛ قدرت تابش يک جسم سياه در دماي ۳۰ درجه کلوين پيکي در حدود ۱۰ ميکرومتر دارد و قدرت باند ۸ تا ۱۴ ميکرومتر در حدود ۲۵ برابر باند ۳ تا ۵ ميکرومتر مي باشد ( در حدود ۱۵۰ وات بر متر مربع در مقايسه با ۶ وات بر متر مربع ) به همين دليل از مواد پيرو الکتريک در بند ۸ تا ۱۴ ميکرومتر براي تصوير برداري حرارتي استفاده مي شود.
عناصر پيروالکتريک به کار برده شده در اين وسايل معمولا به صورت يک صفحه مربعي به طول ميليمتري و ضخامتي در حدود ۳۰ ميکرومتر مي باشد. به دليل اينکه تصوير بايد به طور يک پارچه بر روي صفحه متمرکز شود ابعاد صفحه پيروالکتريک در حدود ۱ سانتي متر مي باشد. فرود آمدن شارهاي تابشي مختلف فضايي بر روي صفحه پيروالکتريک باعث توليد يک توزيع بار مي شود، در دستگاه تصوير برداري اين بار الکتريکي به وسيله تقويت کننده ها به صورت يک جريان تقويت شده و با استفاده از مدارهاي الکترونيکي يک تصوير تلويزيوني مطابق با تابش هاي فرو سرخ رسيده از صحنه را به وجود مي آورد. اين سيستم در کاربردهاي معمولي و نظامي به کار مي رود؛ به عنوان مثال دوربين هاي ساخته شدهA UK براي پيدا کردن افراد در زير آوارهاي ساختمان هاي فرو ريخته در امداد نجات به کار مي روند
تابش هاي گسيل شده از صحنه به وسيله يک لنز ژرمانيم بر روي يک الکترود جذب کننده تابش فرو سرخ متمرکز مي شوند و گرما به جلو پيروالکتريک هدايت مي شود و ولتاژ توليد شده که معمولا در حدود ميلي ولت ميباشد از صفحه عبور مي کند. يک شبکه فلزي که بر روي دتکتور محاط شده ، بيشتر الکترون هاي رسيده را جمع آوري مي کند. بعضي از اين الکترون ها از شبکه عبور مي کنند؛ عبور برخي از آنها به پتانسيل موضعي سطح صفحه بستگي دارد . دشارژ بر روي صفحه باعث توليد سيگنال هايي مي شود که به الکترود مي رسد و در اين فرآيند تصوير تلويزيوني توليد مي شود.

لپتوسپيروز به عنوان يك بيماري مشترك بين حيوان و انسان مطرح بوده كه به وسيله يك نوع اسپيروكت به نام لپتوسپيرا ايجاد مي شود . در بسياري از مناطق جهان ، ...

● بهبودي از يك عفونت لپتوسپيرايي به موارد زير وابسته است : ▪ ميزان آسيبهاي وارد شده به بافتها ▪ پاسخ ايمني بدن ▪ قابليت بافتها براي ترميم و بازگشت به ...

● مقدمه: پست الکتريکي ايستگاهي فرعي است که در مسير توليد، انتقال يا توزيع انرژي الکتريکي ولتاژ را به وسيله ترانسفورماتور به مقادير بالاتر يا پايين تر ...

لپتوسپيروز به عنوان يك بيماري مشترك بين حيوان و انسان مطرح بوده كه به وسيله يك نوع اسپيروكت به نام لپتوسپيرا ايجاد مي شود . در بسياري از مناطق جهان ، ...

سرزمين يونان مهد فلسفه است. فلسفه پس از آن كه در آسياي صغير طلوع كرد، راه تكامل خود را در يونان ادامه داد تا زماني كه فيلسوفاني چون سقراط، افلاطون و ا ...

آشنايي با نيروگاه هاي هسته يي کشور کانادا صنعت هسته يي در کانادا از سال ۱۹۴۲ آغاز شد، وقتي که يک آزمايشگاه انگليسي- کانادايي در مونترال، کبک تشکيل شد ...

● تک لايه هاي خودآرا روي پايه هاي مزوپروس (SAMMS) آزمايشگاه ملي پاسيفيک نورث وست (PNNL) تک لايه هاي خود آرا روي پايه هاي مزوپروس را توسعه داده است. اي ...

آهنرباي دائمي با کيفيت بالا کاربردهاي بسيار زياد و مهمي در علم و انقلاب تکنولوژيک ، مثلا در اسبابهاي اندازه گيري الکتريکي دارند. ولي ميدانهايي که توسط ...

دانلود نسخه PDF - پيرو الکتريک