Способ измерения распределения поляризации в сегнетоэлектриках

 

СЛОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИИ В СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКАХ , включающий облучение сегиетоэлектрика вдоль полярной оси модулированным по интенсивности с частотой (О электромагнитным излучением и измерение возникающего на сегнатоэлектрике пиронапряжения V „ отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения и чувствительности, излучение делят на два потока - опорный и освещающий сегнетоэлектрик, измеряют зависимости от частоты модуляции Си амплитуды первой гармоники пиронапряжения Vca и разности фаз ,}) между первыми гармониками пиронапряжения и опорного напряжения, соответствующего опорному потоку, а распределение поляризации Р(Х определяют из фоснлулы -vwo -bi2« 5&«m«.,,. где L - мнимая единица; - сопротивление нагрузки : О - емкость сегнетоэлектрика О - емкость входного устройства (Л tocJ - тангенс угла потерь сегнетоэлектрика J В - постоянйая Кюри-Вейса сегнетоэлектрика; Ее - диэлектрическая постоянная, df - толщина сегнетозлектрика, ч - координата вдоль полярной о оси сегнетоэлектрика; )- распределение температуры о в сегнетоэлектрике. 4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 602 F 1 05

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛТ4РЫТИЙ (21) 3391667/18-25 (.22) 25.05.82 (46) 15. 01. 84. Бюл. Ф 2 (72 ) Н.М. Бездетный, A. Х. Зейналлы и В.Е.Хуторский (71) Азербайджанский государственный университет им.С.М.Кирова (53) 535.8(088.8) (56) 1.С0111пв et al. Analysis of

special distribution of charges and

dipoles in electri.ts by transient

heating technique ° — J. of Appl.

Phys 1976, v.. 47. р. 4803-4806, 9 11 °

2. Borodin V. et al. The State of

polarisat ion on the surface layer. of the unipolar crystal and pyroelectric

responses. — "Ferroelectrics", 1973, v.6, Р 1, р. 83-86. (54 ) (57 ) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИИ В СЕРНЕТОЭЛЕК1РИКАХ, включающий облучение сегнетоэлектрика вдоль полярной оси модулированным по интенсивности с частотой Ю электромагнитным излучением и измерение возникающего на сегнатоэлектрике пиронапряжения отличающийся тем, что, „.SU„„1 А с целью "повьыения точности измерения и чувствительности, излучение делят на два-потока — опорный и освещающий сегнетоэлектрик, .измеряют зависимости от частоты модуляции цо амплитуды первой гармоники пиронапряжения V > и разности йаз g ) между первыми гармониками пиронапряжения и опорного напряжения, соответствующего опорному потоку, а распределение поляризации (1 определяют из .Формулы,.

« Цв) е (1 ю1 Ю+iаМ(С+О )lb& r ц> */Р фД((1 где L — мнимая единица, — сопротивление нагрузки у з емкость сегнетоэлектрика; @

Π— емкость входного устройства

Ю вЂ” тангенс угла потерь сегнетоэлектрика)

Ь вЂ” постоянйая Кюри-Вейса сегнетоэлектрика;

Eo — диэлектрическая постоянная, d - толщина сегнетоэлектрика, координата вдоль полярной оси сегнетоэлектрика; ь(цй) — распределение температуры в сегнетоэлектрике.

1067462

Изобретение относится к пироэлектричеству и может быть использовано для контроля однородности поляризации сегнетоэлектриков.

Известен способ измерения распределения поляризации в полимерных

5 электретах,заключающийся в анализе зависимости пиронапряжения от времени в процессе выравнивания температуры в образце из полимерного электрета после облучения одного из его 10 электродов одиночным коротким импульсом света 11 .

Однако этот способ обладает низкой точностью и чувствительностью, так как используется широкополосный режим усиления сигнала и, следова тельно, возникает большой уровень шума.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигае- 70 мому результату является способ измерения распределения полиризации в . сегнетоэлектриках, включающий облучение сегнетоэлектрнка вдоль полярной оси модулированным по интенсивности 25 с частотой ж электромагнитным излучением и измерение возникающего на сегнетоэлектрике напряжения. Сог.ласно способу измЕряют зависимости пиронапряжения от времени, выбирают модель распределения поляризации таким образом, :тоби зависимость - ; ронапряжения от времени для модели наиболее близко савпадала с зависимостью ниронапряження от времени, полученной экспериментально, по выбран-З5 ному распределению поляризации модели судят о распределении поляризации в сегнетоэлектрикеТ21.

Оцнако даиный способ обладает низкой точностью и чувствительностью 40 в связи с тем, что .необходимо применять широкополосный режим усиления напряжения для того, чтобы измеряемая зависимость пиронапряжения от времени максимально соответствовала 45 истинной зависимости ниронапряжения от времени. В широкополосном режиме усиления велико напряжение шумов, поэтому отношение сигнал/шум мало и, следовательно, точность и чувствительность способа низкие.

Если использовать мощные импульсы света, то отнсмение сигнал/шум повысйтся., однако точность снизится из-за бопьШих возмущений поляризации, вызванных сильным нагревом образца.

Целью изобретения является повышение точности измерения распрецеления поляризации и чувствительности за счет сужения полосы пропуска- 60 ния и, следовательно, снижения. напряжения шумов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения распределения поляризации в сег- g5 нетоэлектриках, включающему облучение сегнетоэлектрика вдоль полярной оси модулированным по интенсивности с частотой <60 электромагнитным излучением и измерение возникающего на сегнетоэлектрике пиронапряжения Ч излучение делят на два потока опорный и освещающий сегнетоэлектрик, Измеряют зависимости от частоты модуляции (a5 амплитуды первой гармоники пиронапряжения Ч ф) и раз ности фаз g() между первыми гармониками пиронапряжения и опорного напряжения, соответствующего опорному потоку, а распределение поляризации У определяют из формулы ибо)е й(ма Ц6а а Ль, @ „,у

: ia>kc где — мнимая единица, сопротивление нагрузки, 0 — емкость сегнетоэлектрика, паразитная емкость входного устройства;

Ь 8 — тангенс угла потерь сегнетоэлект вика . постоянная Кюри-Вейса сегнеI тоэлектрика, Zo — диэЛектрическая постоянная, толщина сегнетоэлектрика, х — координата вдоль полярной оси сегнетоэлектрика, л &ф- распределение температуры в . сегнетоэлектрике.

Константы С, ф,В и С либо известны заранее, либо измеряются стандартным образом.

Распределение поляризации находится иэ формулы методом регуляризации по Тихонову.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемяй способ.

Схема содержит источник 1 электромагнитного излучения, модулятор 2 электромагнитного излучения, расщепитель 3 луча, сегнетоэлектрик 4, селективный усилитель 5., измеритель 6 разности фаз, синхронный детектор 7, форйирователь 8 опорного напряжения, частотомер 9.

Способ осуществляется следующим образом.

Периодические импульсы электромагнитного излучения от источника 1, .сформированные с помощью модулятора 2 попадают на расщепитель 3 луча. Часть потока электромагнитного излучения падает на сегнетоэлектрнк 4 н поглощается в электроде, другая часть падает на ."ормирователь

8 опорного напряжения. Пиронапряжение, возникающее на сегнетоэлектрике 4, поступает на вход селективного усилителя 5, настроенного на частоту первой гармоники модулированного излучения. Усиленное пирона1067462

Составитель Н. Назарова

Редактор М. Петрова Техред Л.Пилипенко Корректор A. Ференц

Ч

Заказ 11206/50 Тираж 501 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 пряжение после селективного усилителя 5 вместе с опорным напряжением по.ьют на измеритель 6 разности фаз, на котором измеряются разности фаз между первыми гармониками опорного пиронапряжения, и синхронный детектор 7, на котором измеряют амплитуду первой гармоники пиронапряжения. Частота модуляции электромагнитного излучения измеряется с помощью частотомера 9 ° 16

Такие измерения проводятся для набора фиксированных частот модуляции электромагнитного излучения с применением стандартной схемы синхронного детектирования, что сужает 15 полосу пропускания. Искомое распределение поляризации P@) находят из формулы, которая представляет собой интегральное уравнение Фредгольма первого рода. Решение этого уравнения производится методом регуляризации по Тихонову на ЭВМ.

Этот метод. не требует задания какойлибо модели распределения поляризации. Исходными данными служат измеренные частотные зависимости амплитуды первой гармоники пиронапряжения и разности фаз между первыми гармониками пиронапряжения и опорного. напряжения.

Распределение температуры в сегнетоэлектрике или ядро интегрального ,уравнения может быть различным в эависимостн от тепловых условий на необлученной границе сегнетоэлектрика. Например, если сегнетоэлектрик лежит на массивном теплоотводе, то распределение тем.ературы вычисляется по формуле

" ;тМ вЂ” " - кЬOhbd где q — коэффициент поглощения электрода, %la - плотность потока излучения, — величина 6 ф М

11 — температуропроводность сегнетоэлектрика, К; — теплопроводиость сегнето.электрика.

Предлагаемое изобретение позволяет увеличить точность измерения распределения поляризации и чувствительность способа за счет сужения полосы пропускания, и следовательно, снижения напряжения шумов. Раньше полоса пропускания широкополосного усилителя составляла 1 МГц. В данном способе полоса пропускания селективного усилителя 1 Гц, при этом напряжение шума снижается в 1000 раз.

Кроме того, формула,по которой рассчитывается распределение поляризации в предлагаемом способе,.учиты вает тангенс угла потерь сегнетоэлектрика,что также повьыает точность сцоаоба.