Pomiar termicznej stałej czasowej detektora piroelektrycznego przy wykorzystaniu jego odpowiedzi na skokowe pobudzenie promieniowaniem optycznym

W artykule przedstawiono eksperymentalna metodę pomiaru termicznej stałej czasowej detektora piroelektrycznego opartą na zarejestrowanej napięciowej odpowiedzi tego detektora pobudzonego skokowym sygnałem promieniowania. Metoda ta może stanowić konkurencyjną alternatywę dla stosowanych zwykle metod badawczych opartych na amplitudowych charakterystykach częstotliwościowych detektora. Rezultaty badań eksperymentalnych dla wykonanego prototypu detektora z polimerowym piroelektrykiem typu PVDF wykazały dobrą zgodność z wynikami uzyskanymi teoretycznie.

The thermal time constant of a pyroelectric detector is one of the most important factors determining the responsivity, response time and frequency response of the detector. In most cases, the thermal time constant is determined experimentally from the frequency response of the detector. This measurement method is rather technically difficult, because most of the commercial electromechanical modulators produce a non-sinusoidal waveform of the optical radiation. Additionally, this method is effective only if there is met the requirement that the thermal and electrical time constant values are significantly different. In the paper, the method for measuring the thermal time constant of the pyroelectric detector using the pyroelectric response to a step optical input signal is proposed. In Section 2 of the paper, the equivalent circuit of the pyroelectric detector (Fig. 1) and mathematical relationships (Eqs. 2, 3) describing the voltage response to the step optical input signal are presented. The proposed method for determining the thermal time constant (Eqs. 4, 5) from the pyroelectric voltage response to the step input signal (Fig. 3) is described in Section 3. The value of the thermal time constant τth is determined from equation (5), where tmax is the time moment, in which the pyroelectric voltage response reaches maximum and τe is the electrical time constant of the detector. In the second part of Section 3, both theoretical and experimental results of studies are presented in the form of curves. (Fig. 3). A comparison between the theoretical and experimental results shows a good agreement.