Принцип работы резонатора: Устройство резонатора выхлопной системы — как правильно сделать машину тише?

Содержание

Устройство резонатора выхлопной системы - как правильно сделать машину тише?

При работе транспортного средства, любой его механизм издает шум. В одних случаях он более громкий, в других менее слышен, однако, в любом случае, определенный шумовой эффект присутствует всегда. Думаю, владельцы бензиновых автомобилей, с установленным двигателем внутреннего сгорания, лучше меня поймут, ведь именно этот агрегат отличается характерным громким «звучанием». Что бы как-то снизить шумовой эффект, на каждый автомобиль в штатном режиме устанавливают глушитель, который является частью системы выхлопа.

Любая такая система состоит из нескольких комплектующих составляющих и есть одной из главных систем транспортного средства. Она не только влияет на показатели экологичности автомобиля (а в последнее время, этот вопрос становится все актуальнее), но и в значительной степени отвечает за качество функционирования и безопасность машины. Более того, состояние газораспределительного механизма (ГРМ), также, связано и со сроком качественного использования транспортного средства.

Как Вы уже наверное догадались, тема данной статьи напрямую связана с выхлопной системой автомобиля. Однако, мы не будем рассматривать ее устройство или общий принцип работы, а сосредоточим свое внимание лишь на одной, не очень большой детали – резонаторе, который занимается гашением звуковых колебаний после выхода газов из камеры сгорания.

Принцип работы резонатора

Как мы только что отметили, основной задачей резонатора является гашение колебаний звука, возникающих в результате выхода громких выхлопных газов из камеры сгорания. На громкость работы того или иного двигателя, прямым образом влияют габариты устройства (размер, форма) и конечно же, сама конструкция резонатора. В случае выхода детали из строя, нарушается работа всей системы выхлопа: транспортное средство становиться очень шумным, а в салон проникает запах выхлопных газов.

Их образование, происходит в камере сгорания мотора, а наружу они выводятся при помощи выпускного клапана цилиндра. Покинув цилиндр, выхлопные газы, с большой скоростью начинают передвигаться по впускному коллектору и приемной трубе, при чем, температура газовой смеси доходит до 650оС, а значит, все детали выхлопной системы испытывают серьезную тепловую нагрузку.

Устройство резонатора представлено в виде многослойной конструкции, где каждый уровень выполняет свою, конкретную задачу. Когда потоки воздуха попадают на отражатели (важные составляющие элементы резонатора воздушного фильтра), то их гашение происходит за счет трения о них газовых частиц, которые в полостях резонатора выпуска, проходят двумя потоками. Резонаторы впуска и выпуска выполняют одинаковую работу – проводят газ через всю систему выхлопа.

Слаженная и стабильная работа всех составляющих частей резонатора автомобиля, непосредственно влияет на долговечность службы двигателя, а учитывая, что любой элемент выхлопной системы постоянно подвергается влиянию отрицательных факторов окружающей среды и высоких температур (касается не только резонатора, но и других деталей), то вполне логичным будет предположить наличие периодических рабочих сбоев. Что бы не доводить до крайностей, необходимо регулярно проводить диагностику состояния резонатора.

Выполняя данное действие, помните: эффективность и предельная работоспособность резонатора выхлопной системы зависит от трех основных факторов: состояния катализатора (элемент системы, снижающий количество вредных веществ в выхлопе ), диаметра труб и чистоты глушителя. Принцип работы резонатора базируется на использовании замкнутых полостей, размещенных возле трубопровода и соединенных с ним при помощи большого количества отверстий. Как правило, в корпусе находится два не равных объема, которые разделены сплошной перегородкой.

Каждое из отверстий, включая и замкнутую полость, выполняет роль резонатора, возбуждающего колебания собственной частоты. Условия распределения резонансной частоты, резко меняются, и как следствие, она гасится за счет трения газовых частиц в отверстии. Такой тип глушителя качественно гасит низкие частоты, даже не создавая для газов существенного сопротивления (сечение не уменьшается). Чаще всего, резонатор применяется в качестве среднего глушителя.

Из чего состоит резонатор

Резонатор, как важный конструктивный элемент выхлопной системы, внешне напоминает маленький глушитель, из-за чего его часто называют «вспомогательным глушителем», однако, многие специалисты утверждают, что это не так. Конечно, резонатор существенно снижает рабочую громкость системы выхлопа, но это не является его основной функцией, а выступает только как побочный эффект от реализации задачи обеспечения ровности потока выхлопных газов во всей системе выхлопа автомобиля.

При работе силового агрегата (на любых оборотах), в выходном коллекторе можно заметить прерывистые значения давления отработанных газов, частота которых основывается на оборотах коленчатого вала двигателя и количества его цилиндров. Для более качественной работы всей системы, нужно добиться равномерности этого давления, ведь только в таком случае, выхлопная система будет обладать минимальным сопротивлением отработанных газов и не станет отбирать лошадиные силы двигателя.

Несмотря на мнение некоторых специалистов, многие автолюбители продолжают называть резонатор «средним глушителем» (так как он располагается в средней части системы выхлопа) и нельзя сказать, что они полностью неправы. Данная деталь не только внешне похожа на уменьшенный глушитель, но еще и имеет схожее с ним внутреннее строение. Здесь все просто: что бы выровнять поток выхлопных газов, используются практически те же приемы, что и в глушителях. Давайте рассмотрим их более детально.

Во-первых, расширением и сужением потока отработанных газов, занимаются несколько камер резонатора, где происходит эффективное выравнивание больших низкочастотных пульсаций (не прямоточное устройство).

Во-вторых, при изменении направления потока выхлопных газов, камеры, вместе с соединяющими их трубопроводами, располагаются с некоторым смещением, что помогает гасить средние и высокочастотные пульсации.

В-третьих, наличие перфорационных отверстий в трубопроводах и разница в объемах, окружающих трубу, способствуют гашению широкого частотного диапазона потока отработанных газов. Такой способ, наиболее популярен в прямоточных резонаторах (в основном используется на спортивных автомобилях). Еще одним сходством резонатора и глушителя есть то, что сквозь перфорационные отверстия трубопроводов, отработанные газы камеры средней частоты (большего объема) и камеры высокой частоты пульсации (меньшего объема), подаются в закрытые камеры, где скапливаются при высоком давлении выхлопных газов и стравливаются в ходе снижения давления в выхлопной системе.

С конструктивной точки зрения, резонатор – это многоуровневое устройство, в котором каждый уровень имеет свои обязанности и отвечает за выполнение определенных функций. Так, к примеру, резонатор воздушного фильтра, имеет в своем составе отражатели, которые выполняют гашение попадающих на них потоков газообразной среды путем трения соответствующих частиц, проходящих внутри резонатора двумя потоками. Устройства впуска и выпуска, выполняют одинаковую роль и продвигают через систему потоки отработанного газа.

Виды резонаторов

Все существующие резонаторы разделяют на виды, в зависимости от типов двигателей к которым они подходят. Поэтому, различают всего два видовых варианта таких устройств: для двухтактных моторов и для четырехтактных.

В ходе многолетней эксплуатации обоих видов, был установлено: работая в паре с четырехтактным двигателем, резонатор является скорее помехой, нежели помощником и в данном случае, его демонтаж ведет к увеличению мощностных характеристик мотора примерно на 15%.

Если же забрать резонатор у двухтактного двигателя, то это вызовет совсем противоположный эффект: его отсутствие поспособствует не только газовому удалению, но еще и ликвидирует несгоревшее полностью топливо. В результате таких действий расход топлива существенно увеличится, а скорость, наоборот, снизится.

Кроме того, условно резонаторы можно разделить и с точки зрения длины (или формы) кузова автомобиля. К примеру, к автомобилю ВАЗ 2110, можно подобрать один из трех возможных видов резонатора: короткий (21103), средний (21102) и длинный ( 2110).

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Устройство резонатора

Резонатор, устройство выхлопной системы автомобиля. Какую именно функцию выполняет и на что именно влияет работа резонатора?

Как устроен резонатор, для чего нужен

Резонатор является частью системы глушителя автомобиля, поэтому есть мнение, что его основная функция – снижение уровня шума работы двигателя. Да, резонатор влияет и на это, но есть другие, не менее важные задачи. Резонатор отвечает за уменьшение сопротивления выхлопных газов при движении по выхлопной системе. Происходит это благодаря внутренней структуре устройства резонатора, при забивке которой автомобиль начинает работать в аварийном режиме.

В результате отмечается снижение мощности работы двигателя, повышается расход топлива, усиливается вибрация кузова, и, конечно же, повышается шум рабочего двигателя. Принятие решения о самостоятельном удалении резонатора и замене его просто частью трубы только усугубляет проблему. Полая труба не сможет справиться со сглаживанием колебаний, образующихся при сгорании топлива, не понизит температуру выбрасываемого газа, все это повлечет скорейший износ более дорогих деталей автомобиля.

Иногда резонатор удаляют и вместо него как раз монтируют трубу, но делать это должен профессиональный мастер после проведения определенных расчетов для каждого автомобиля индивидуально. Ведь кроме повышения шума, нарушается и состав выбрасываемого в атмосферу газа, это может стать причиной отказа при прохождении ТО.

Устройство резонатора и принципы работы

Резонатор представляет собой цилиндрический корпус, внутри которого размешается система перегородок с нанесенной перфорацией. Работа устройства заключается в следующем:

Резонатор представляет собой цилиндрический корпус, внутри которого размешается система перегородок с нанесенной перфорацией.

  • Изменение колебания потока выбрасываемых газов. Амплитуда колебаний увеличивается, соответственно их частота уменьшается, это достигается созданием камер разного размера, нанесением перфорации на стенки, образующие препятствия для прохождения выхлопных газов по устройству. Это гасит интенсивность звуковых волн.
  • Камеры, расположенные внутри корпуса резонатора расширяют и сужают поток газов во время прохождения через устройство.
  • Трубки и преграды, расположенные внутри корпуса резонатора гасят пульсации высоких и средних частот, образующиеся в результате сгорания топлива. Достигается это опять же при помощи сложной внутренней структуры устройства.
  • Проникая через отверстия перфорации в трубках, расположенных внутри резонатора, выхлопные газы скапливаются, и в какой-то момент стравливаются.

Некоторые виды резонаторов делятся на внутренние камеры, каждая выполняет свою функцию. Например, последняя камера изготавливается из материала, который обладает звукоизоляционными свойствами, для гашения интенсивности звуковых волн работы системы ДВС.

Внешний корпус устройства чаще всего изготавливается из нержавейки, или, более дешевый вариант – стали с нанесением слоя алюминия, защищающего резонатор от коррозии. Резонаторы, выполненные из нержавеющей стали более устойчивы к коррозии, но из-за высокой стоимости устанавливаются не на все современные автомобили.

Устройство прямоточного резонатора

Прямоточный резонатор является разновидностью резонатора, еще его называют спортивным. Этот вид устройства имеет другую внутреннюю структуру – камеры внутри корпуса резонатора отсутствуют, сопротивления при движении не возникает. Это приводи к тому, что выхлопные газы, проходя через резонатор, не меняют направления, пульсации выхлопа не сглаживаются, звук работы систем автомобиля не гасится.

Прямоточный резонатор не монтируется заводом-изготовителем авто. Как правило, им заменяют «родной» резонатор при тюнинге системы глушителя. Учитывая все аспекты работы резонатора и работу всех устройств, на которые он оказывает влияние, такую замену необходимо производить очень осторожно и только у профессионалов. Некачественная замена, подбор резонатора, не отвечающего требованиям автомобиля, может повлечь за собой ремонт других систем, негативно сказаться на комфорте автомобиля.

Как устроен резонатор выхлопной трубы глушителя, принцип его работы и ремонт

Во время движение, каждый транспорт издает звуки. Сами звуки могут быть разные, как сильные так и не очень. Моторы на бензиновом топливе, особенно громкие. И для того, дабы уменьшить рёв, был придуман глушитель, который стал основным звеном всей выхлопной системы. Сам глушитель состоит из пары деталей, и одна из них резонатор.

 

 

Резонатор выхлопной трубы глушителя 

Таким образом, выхлопная труба состоит из нескольких предметов, соединённых в одно целое. Что несет в себе ответственность за уменьшение рёва автомобиля и также экономию топлива. Сам резонатор отвечает за уменьшение звука, который образуется при сгорании топлива в моторе. Не каждый автомобилист знает, что диаметр такой детали отталкивается напрямую от степени издаваемого рёва. Также немаловажную функцию возлагает на себя сама форма резонатора. Значит, если резонатор поломается, то это сразу выскажется на работе во всём выхлопном оборудовании автотранспорта. Таким образом, газы образуются внутри мотора во время возгорание топлива. И как только пошло возгорание, отработанные пары перемещаются в впускной коллектор и проходят по трубам. Сама температура таких паров может быть и выше 650 градусов. Значит вся выхлопная система, пропускает через себя большую нагрузку и пары.

 

 

Устройство резонатора

Конечно, резонатор очень непростая деталь, и состоит она из большого количества слоев. Таким образом, каждый слой играет свою роль. Значит, когда только создаётся горячий пар, он начинает движение в резонанс, но перед этим ему необходимо преодолеть отражатели. Остатки отработанного пара прекращают горение, из-за того, что проследовали через обтекатели в нескольких потоках. Выпускной, а также впускной резонатор, производит одинаковое количество работы, из-за того, что проводят через всю выхлопную трубу образовавшиеся выхлопы.

Исправная и безотказная работа любой части резонатора, очень сильно оказывает давление на работу всего мотора.  Так как на всю систему выхлопов и резонатор, всегда производят воздействие большая температура с внешним вмешательством, и эти факторы очень часто производят сбои в вашем автотранспорте. Дабы не допустить поломки, автомобилисту нужно регулярно проводить уход за системой выхлопа, а также проверять на поломки.

Когда производится диагностика на СТО, вам необходимо знать о работе выхлопного резонатора, и на что он влияет:

· качество и эффективность катализатора;

· чистая трубка глушителя;

· диаметр и объем самой трубы глушителя.

Эффективно работает резонатор, за счет применения большого количества заглушенных полостей, которые имеют прямое отношение к трубопроводу с достаточно большим числом отверстий. В середине резонатора имеется несколько отсеков, но объём в них разный, и разделены они при помощи специализированной сетки. Таким образом, каждое отверстие, выполняет работу по созданию колебаний нужной частоты. Но чистота всегда изменяется из-за трения. Значит данные глушителя, создадут отличный уровень звука, без задействования большого сопротивления.

Сам резонатор напоминает чем-то мини глушитель. Большинство граждан прозвали его, как не странно маленьким глушителем. Сам резонатор может уменьшать шум работы выхлопов и выброса сгоревших паров. Выходной клапан способствует проходу потоков образовавшихся газов, и температура при этом может быть разной. А сама разница такого давления отталкивается от образовавшегося числа частоты оборотов в моторе автомобиля. Для эффективной работы, созданное давление обязано распространятся равномерно. Такое действие даст возможность системе выхлопов оказывать минимальное сопротивление, которое не окажет воздействие на уменьшение оборотов мотора. В самой камере выхлопной системы резонатора, создаётся выравнивание абсолютно всех потоков, той или иной величины. Также в этих двух камерах происходит уменьшение потока, а также увеличение. Конечно, при помощи специализированных дырочек в середине резонатора, давление выхлопных паров становится меньше. Такие дырочки очень часто применяются в прямых формах резонатора.

 

 

Резонаторы и их виды

Как и большинство запчастей, резонаторы подразделяются на виды, а это отталкивается от мотора. Также еще можно встретить резонаторы на мотор четырёхтактный и двухтактный. В наше время было определено что, при функционировании резонатора с четырёхтактным мотором, обороты становятся заметно ниже. Если исключить резонатор с работы, то мощность мотора заметно вырастит на 15%. А вот в двухтактном моторе все по-другому. Таким образом, если его тоже не использовать в работе, то обороты начнут теряться, а расход бензина вырастит в несколько раз. И тогда автомобилисту нужно будет расходовать денежные средства чаще, так как надо будет очень часто приобретать топливо. Характеристики вашего транспортного средства также уменьшатся.

 

 

Ремонт резонатора выхлопной трубы

В основном в резонаторе образуются дыры от ржавчины или трещины. И дабы избежать ремонта такой поломки, необходимо прибегнуть к помощи специалистов на СТО, а также можно еще устранить самому.

И чтоб отремонтировать резонатор, и устранить дыры нужно:

· Собственноручно заготовить из нержавейки или жести заготовки в виде пластин, больше по диаметру, чем отверстие в резонаторе.

· Потом нужно, воспользоваться наждаком, и обработать возле основания отверстия.

· Далее с помощью дрели, сделать на заготовке и резонаторе несколько дырочек, для дальнейшего крепления.

· Также вам понадобится шпаклёвка и отвердитель, дабы закрепить заготовку на выхлопной трубе.

· После того, как заготовка прикреплена, необходимо вкрутить шурупы в ранее заготовленные дырки.

· Также не рекомендуется после починки резонатора запуск двигателя, так как используемое вещество еще не засохло.

Такой метод починки выхлопной трубы поможет вам устранить дырки, и избавит от покупки новой детали на пару лет.

Как произвести замен глушителя собственноручно

Для этой починки необходимо:

· Сам резонатор, приобретённый в автомагазине;

· Прокладки специально для резонатора;

· Крепёжные принадлежности, уплотнительные кольца;

· Специализированная жидкость в виде спрея WD-40, дабы в дальнейшем ваша деталь и крепления отстали от ржавчины.

И делать такой ремонт нужно в строении с ямой.

Производим ремонт, последовательно:

1.  Берем в руки спрей и наносим его на головку гайки. Далее нужно попробовать раскрутить крепление выхлопной трубы. Но в случае проблем с откручиванием креплений, необходимо снова нанести жидкость.

2.  Далее с резонатора нужно снять крепление в виде хомута, а также с разъединённых труб извлечь уплотнитель.

3.  Раскрутив все крепежи, производим полный демонтаж резонатора.

4.  При установке новой выхлопной трубы повторяем то же самое, что указано выше, только в обратном порядке.

Когда устанавливаете резонатор, обязательно обследуйте часть возле соединения с глушителем, и всегда нужно помнить об этом, а также не допустить никаких зазоров. Таким образом, при наличии зазоров после установки, эффективность выхлопной трубы будет меньше. И при активном моторе будет сопровождаться громким звуком.

 

 

Резонатор выхлопной трубы и основные его неисправности

Как указано выше несправный или поврежденный резонатор, создаст не только рёв во время работы мотора, но и окажет воздействие на понижение оборотов. Значит самой первое, что должен сделать автомобилист, произвести немедленный ремонт, пока не стало еще хуже.

Самые частые неисправности считаются:

· Не качественная работа выхлопной трубы, которая считается неисправностью резонатора. Узнать о ней не сложно, так как будет сильный рёв мотора.

· Почувствуете, как металл вибрирует, значит, внутри резонатор испорчен. И тогда не исключается отсоединения камеры, которая может там болтаться.

· Маленькие обороты при работе мотора, происходят от 100% поломки выхлопной трубы.

Значит при нахождении той или иной поломки, нужно немедленная замена выхлопного резонатора. А произвести ремонт на СТО не дешёвое удовольствие, значит, берем и ставим резонатор сами. Но если вы далеки от ремонта или опыта в нём, то правильным выбором будет обратиться к специалистам. Помните, резонатор не копейки стоит, значит, при подобных признаках нужно отогнать ваш автомобиль на диагностику.

Назначение, принцип работы резонатора воздушного фильтра

Для чего нужен резонатор воздушного фильтра? Ответить на вопрос удастся, ознакомившись с принципом работы таких систем: всаса воздуха, отвода отработавших газов. Определив связь между системами и резонатором, удастся понять принцип работы, назначение устройства.

Общее знакомство

Резонатор

Воспламенение топливной смеси, необходимой для нормальной работы мотора, невозможно без наличия кислорода. Указанный элемент поступает внутрь движка из воздуха через впускной коллектор. Воздушный поток содержит вредные частицы пыли, грязи, сажи, споры растений, которые наносят вред внутренним элементам силового агрегата. Препятствует их поступлению внутрь автодвигателя воздушный фильтр, он очищает поступающий воздух от абразивных частиц. Перед элементом фильтрации устанавливается резонатор.

Зачем нужен резонатор воздушного фильтра? Работающий автодвигатель издает своеобразный гул, образовывающийся из-за взрывания топливной смеси внутри силового агрегата. Частота взрывов большая, отличить один взрыв от другого невозможно, они сливаются в монотонный звук — «рев двигателя». Этот звук направляется:

  1. В сторону глушителя.
  2. В сторону подачи воздуха — автодвигатель. Резонатор, устанавливаемый с элементом фильтрации, гасит звук, издающийся из всасывающей системы.

Назначение

Резонатор перед фильтрующим элементом устанавливается для гашения звукового потока, издающегося из системы всаса, плюс выполняет функции:

  1. Разделяет движущиеся навстречу потоки воздуха. Существует встречное давление, создаваемое мотором, которое движется навстречу всасываемому воздушному потоку. Резонатор разделяет движущиеся навстречу воздушные потоки, способствует поступлению нужного объема воздуха внутрь двигателя. От поступления всасываемого воздуха в автодвигатель зависит эффективность работы мотора (разгон автомобиля). Если указанного устройства не будет, потоки воздуха пересекутся, внутрь двигателя начнет поступать неравномерное количество кислорода, вследствие чего возникнет кислородное голодание движка.
  2. Препятствует попаданию внутрь силового агрегата воды. Указанное устройство не дает проникнуть воде внутрь мотора, если машина попадает в очень глубокую лужу. Объясняется это конструктивными особенностями устройства: впускное отверстие расположено достаточно высоко.
  3. Сглаживает колебания воздушного потока при всасе, делает пульсации воздуха в момент всасывания равномерными, способствует нормальной работе мотора.

Резонатор воздушного фильтра имеет много плюсов. Давайте выделим негативный аспект — входное отверстие устройства конструктивно расположено высоко. Поэтому внутрь мотора всасывается нагретый до определенной температуры под капотом машины воздух. В таком воздухе содержится маленькая доля кислорода — это влияет на воспламенение топливной смеси негативно.

Конструктивные особенности

Установка ресивера на автомобиле

Указанные устройства имеют различную форму. В основном они отличаются геометрией, но возможны различия в количестве перегородок, находящихся внутри элемента. Различают основные виды резонаторов:

  1. Моноблочные. Состоят из одной емкости, имеющей определенное количество перегородок, необходимых для разделения двух встречных потоков, снижения звука.
  2. Комбинированные. Состоят из двух емкостей. Первая служит для уменьшения высоких звуковых частот, вторая — низких. Согласно распределению снижения звука происходит выравнивание пульсаций воздушных потоков.

Независимо от конструктивных особенностей резонаторов основное их назначение — обеспечение нормальной работы мотора. Поэтому при поломке устройства проведите его замену. В противном случае через несколько километров пробега вы заметите нарушения в работе движка. Замена резонатора не является сложной, ее можно осуществить самостоятельно без привлечения специалистов.

Многие автолюбители рекомендуют снять указанное устройство. По их мнению, такие действия позволят:

  1. Снизить точку забора воздуха — улучшится мощность мотора, внутрь движка будет больше поступать кислорода.
  2. Звук работающего мотора станет похож на звук мощного американского автомобиля.
  3. Возрастание динамики разгона автомобиля — уберется дополнительное сопротивление, создаваемое резонатором.

Учтите: сняв указанный элемент системы, вы можете вызвать частичное кислородное голодание двигателя — это приведет к капремонту силового агрегата, плюс спровоцируете гидроудар, если въедете в глубокую лужу, вода попадет внутрь мотора.


Резонатор глушителя выхлопной системы автомобиля - для чего нужен и принцип работы

Без качественной выхлопной системы современный автомобиль по звучанию ничем не отличался бы от трактора. Проблема в том, что любой мотор в процессе работы будет издавать громкие звуки, так как в его цилиндрах происходят взрывы, за счет которых вращается коленчатый вал.

Причем от силы этих микровзрывов зависит мощность двс. Так как при сгорании воздушно-топливной смеси выделяются вредные газообразные вещества и большое количество тепла, каждый автомобиль оснащается специальной системой отвода газа от мотора. В ее устройство входят несколько похожих друг на друга элементов. О глушителе и катализаторе было рассказано в отдельных обзорах. Теперь рассмотрим особенности резонатора.

Что такое резонатор глушителя?

Внешне резонатор напоминает уменьшенную версию основного глушителя. Эта деталь находится в начале выхлопной автомобиля, сразу за каталитическим нейтрализатором (если такой имеется в конкретной модели машины).

Деталь изготавливается из стали, которая должна выдерживать высокую температуру. Газ, выходящий из выпускного коллектора мотора, очень горячий и движется прерывистым потоком. Резонатор – один из первых элементов, который стабилизирует выхлоп. За очистку продуктов горения, а точнее для их нейтрализации отвечают другие детали, например, в дизелях это сажевый фильтр, а в большинстве бензиновых моторов – каталитический нейтрализатор.

Так как сгоревшие газы имеют высокую температуру, автомобильный резонатор изготавливается из металла, который выдерживает сильный нагрев, но при этом не деформируется и не теряет своей прочности.

История появления резонатора в выхлопной системе

С появлением первых двигателей внутреннего сгорания остро стал вопрос снижения шума и очищения выхлопа. Вначале выхлопные системы имели примитивное строение, но со временем для повышения эффективности работы системы в нее добавлялись разные вспомогательные элементы.

В первой половине 1900-х годов в выхлопную систему был добавлена небольшая металлическая колба с перегородками, о которые ударялись горячие газы, что приводило к снижению шумов выхлопа. В современных машинах резонаторы имеют разную форму и конструкцию.

Для чего он нужен?

Основная функция данного элемента, как и у глушителя – снижать уровень шума выхлопа, и отводить поток за пределы кузова автомобиля. Сгоревшие газы на выходе из мотора имеют высокую температуру, поэтому наличие объемных деталей позволяет снизить этот показатель до безопасного значения. Благодаря этому люди, проходящие очень близко к выхлопной трубе машины, не получат ожогов.

От устройства малого глушителя зависят мощностные характеристики двигателя. По этой причине в тюнинг спортивных авто входит модернизация также и этой части выхлопной. Некоторые модели резонаторов участвуют в очистке выхлопа от вредных веществ, содержащихся в потоке.

Принцип работы резонатора

Когда работает двигатель, в выпускной коллектор из цилиндров через клапаны поступает горячий газ. Поток объединяется в приемной трубе и с большой скоростью поступает в катализатор. На этом этапе происходит нейтрализация ядовитых веществ, входящих в состав выхлопных газов.

Далее этот поток (а он до сих пор не успевает остудиться и замедлиться) попадает в емкость малого глушителя. Температура выхлопа в этом узле еще достигает показателя более 500 градусов по Цельсию.

В полости резонатора имеется несколько перегородок и перфорированных труб, установленных напротив стенок этих перемычек. Когда из основной трубы газ поступает в первую камеру, поток ударяется о перемычку и отражается от нее. Далее он сталкивается с новой порцией выхлопных газов, и часть объема поступает через перфорированную трубу в следующую камеру, в которой происходит аналогичный процесс.

Когда выхлоп попадает в резервуар, поток смешивается и проходит несколько стадий отражения от перемычек, происходит поглощение звуковых волн и газ постепенно остывает. Далее он по выхлопной трубе поступает в основной глушитель, где происходит идентичный процесс, только с большим количеством ступеней. В нем происходит окончательное охлаждение газа и стабилизация звуковой волны.

От пропускной способности этого элемента зависит КПД двигателя. Чем меньше сопротивление выхлопа, тем легче отработанные газы удаляются из цилиндров, благодаря чему коленвалу легче вращаться, и ему не нужно использовать часть энергии на удаление продуктов горения. Эта особенность используется для создания спортивных выхлопных систем. По этой причине такие машины очень громко работают. Однако полностью эту деталь удалять из системы нельзя, так как без выхлопной системы машина будет менее динамичной.

Подробней о работе выхлопной системы и резонаторе в отдельности рассказывается в данном видео:

Из чего состоит резонатор?

В зависимости от модели запчасть будет иметь свое строение – производители разрабатывают разные модификации. Колба резонатора состоит из нескольких камер, разделенных металлическими перегородками. Эти элементы называются отражателями. Они выполняют важную функцию – замедляют поток выхлопа и делают его тише.

В отражателях устанавливаются трубки (в некоторых случаях с перфорацией), по которым поток поступает в следующую камеру. Одни модели изготавливаются полностью полыми, а другие между камерами и трубками имеют уплотнитель, который не может сгореть, даже если бы выхлопные газы поступали прямо из камеры сгорания мотора. Этот материал обеспечивает дополнительное гашение звуковой волны.

Виды резонаторов

Производители используют свои инновационные разработки, чтобы максимально снизить сопротивление, образующееся в выхлопной системы авто, но при этом чтобы система издавала минимум шума. Постоянные попытки достичь баланса между производительностью мотора и эффективностью системы выпуска привели к тому, что на рынке автомобильных запчастей существует большое разнообразие среди резонаторов.

Такое разнообразие сложно классифицировать, поэтому в данном обзоре упомянем только два вида резонаторов:

  • Для двухтактных моторов деталь имеет большую практическую пользую. При работе такого мотора силовой агрегат частично удаляет и несгоревшее топливо. Если убрать из выхлопной резонатор, это значительно скажется на мощностных характеристиках ДВС, причем в сторону уменьшения тяги и повышения прожорливости агрегата;
  • Для четырехтактных двигателей наличие резонатора наоборот снижает КПД (в некоторых случаях замеры показали разницу в 15 процентов). Но при этом экологические показатели понижаются. По этой причине модернизация выхлопной системы спортивных авто либо исключает наличие резонатора, либо вместо него устанавливается прямоточный аналог (например, стронгер).

Признаки неисправности резонатора

Итак, применение резонатора в выхлопной системе – надежное средство, понижающее шум автомобиля в процессе работы мотора и позволяет транспортному средству пройти экологический тест.

Если резонатор выйдет из строя, это может отрицательно сказаться на характеристиках мотора. Данная запчасть неразборная, поэтому в случае появления каких-либо неисправностей ее просто меняют на новую.

Большинство поломок определяются на звук и диагностируются при визуальном осмотре. Вот самые распространенные поломки резонатора:

  • Дребезжащие звуки во время работы мотора. Часто это похоже на удары металлических частей друг о друга. Причина – прогорел отражатель или трубка внутри банки;
  • Громкий и прерывистый выхлоп – корпус прогорел или проржавел. Нередко это является следствием некачественной сварки или плохого соединения труб;
  • Мотор резко потерял мощность – внутри банки либо деформировалась, либо отпала деталь, которая перекрыла проход выхлопным газам.

Если изменился звук работы выхлопной системы, вывод один – проблема в резонаторе или в основном глушителе, и деталь нужно заменить.

4.9 / 5 ( 57 голосов )

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ

Резонатор. Устройство резонатора (среднего глушителя)

Выхлопная система автомобиля намного сложнее, чем кажется на первый взгляд. В современных моделях конструкция может состоять из четырех и более крупных компонентов (и большого числа более мелких). Выпускной коллектор, катализатор, резонатор (так называемый средний глушитель), и наконец, большой глушитель. Каждый элемент играет свою роль, и работает в комплексе с остальными частями. Нарушение работы любого компонента влечет за собой рассогласование всей системы. Для понимания принципа работы глушителя, необходимо знать, для чего нужен резонатор. Это поможет вовремя определить неисправность и обратиться в профильный сервис.

Рассмотрим устройство резонатора

Назначение этого элемента - первичная обработка выхлопа. Сформированный выпускным коллектором поток отработанных газов, проходит очистку в катализаторе и попадает в камеру резонатора. Средняя часть глушителя представляет собой полый цилиндр, внутри которого размещены перегородки и (или) перфорированные трубки разного диаметра. За счет большой площади металла происходит эффективный отвод тепла (первичное охлаждение). При движении по сложному лабиринту из перегородок ритмичные волны выхлопа направляются навстречу друг другу. При этом гасится их скорость, и происходить значительное снижение шума потока.

Резонаторы для автомобилей рассчитываются под конкретный двигатель, или группу моторов, с определенными характеристиками. Установка элемента от другой машины приводит к нарушению ритма отвода газов и снижению эффективности системы выхлопа. Тем не менее, замена штатного компонента возможна. Специалисты СТО «Ваш глушитель» подберут универсальный резонатор для любого автомобиля, при сохранении основных характеристик.

Некоторые автовладельцы по совету коллег из гаражного кооператива, удаляют средний глушитель. Выхлопная система без резонатора увеличивает нагрузку на основную банку, что гарантированно приводит к ускоренному износу. К тому же звук выхлопа в таком случае тоже меняется, не всегда в сторону улучшения.

Выхлопные резонаторы - типичные поломки и причины неисправностей

Этот компонент подвержен критическим нагрузкам, поскольку принимает на себя давление и температуру необработанного потока выхлопа. Поэтому внутренние перегородки могут прогореть и разрушиться, особенно при использовании некачественного топлива. В этом случае движение газов будет хаотичным, что проявляется в неприятном звуке и повышении температуры выхлопа.

Корпус подвержен коррозии, в том числе химической, при воздействии реагентов на зимних дорогах. Прогоревшие отверстия так же приводят к нарушению работоспособности.

В случае поломки резонатора обращайтесь в сервис «Ваш глушитель». Мы найдем решение, оптимальное по цене и качеству.

Тюнинг

Несмотря на свою полезность и важную роль в системе отвода отработавших газов, резонатор частично снижает мощность двигателя. Вся выхлопная система - это компромисс между эффективностью и комфортом работы. Если Вы готовы к увеличению громкости выхлопа, можно установить прямоточный резонатор. В нем уменьшено количество перегородок, либо они отсутствуют вовсе. При такой модернизации необходим точный расчет параметров прямотока.

Самостоятельная замена может привести к серьезным нарушениям отлаженного механизма. Поэтому следует обратиться к специалистам. Мастера сервиса «Ваш глушитель» профессионально отремонтируют или поменяют резонатор выхлопной системы, без ухудшения качества работы двигателя.

Резонатор глушителя - что это и как работает?

Многим покажется, что выхлопная система автомобиля является не самой важной частью автомобиля и что ей не требуется уделять повышенного внимания. На самом же деле, эта система выполняет массу функций, необходимых любому автомобилю.

При работе двигателя, в процессе сгорания топлива образуется большое количество газов, которые необходимо вывести наружу. Кроме того, они вызывают колебания воздуха, которые мы привыкли называть звуком.

В отработанных газах, также, содержится большое количество ядовитых примесей. Это пагубно сказывается на экологии и недопустимо для современных автомобилей.

Выхлопная система состоит из нескольких частей: коллектора, резонатора и глушителя. Каждая из этих частей выполняет определенную роль и их наличие в выхлопной системе обязательно.

Коллектор присоединяется непосредственно к двигателю и производит сбор отработанных газов, для последующего выпуска. Затем эти газы попадают в резонатор, в котором может быть установлен катализатор газов, производящий их очистку и увеличивающий скорость их прохождения. После этого, газы попадают в глушитель, чтобы снизить уровень шума, издаваемый двигателем, и выходят наружу.

Роль резонатора в системе выхлопа автомобиля

В процессе работы двигателя, коэффициент полезного действия раскрывается не полностью. Часть энергии приходится затрачивать на преодоление сопротивления вращению различных подвижных частей двигателя, таких как, коленчатый вал. Значительное число процентов отнимает система выхлопа.

Дело в том, что на выпуск отработанных газов тоже затрачивается определенная энергия. И чем эта энергия больше, тем меньше развиваемая двигателем мощность. Из этого напрашивается вывод, что выхлопная система должна быть построена таким образом, чтобы двигатель затрачивал наименьшее число энергии для выпуска отработанных газов.

Резонатор является одним из первых, кто принимает на себя продукты сгорания, и от быстроты его работы сильно зависит мощность двигателя. Именно для этого, на многие спортивные автомобили устанавливают усовершенствованные резонаторы, способные вытеснять газы с большей скоростью.

Конструктивные особенности резонатора глушителя

Любой современный резонатор состоит из большого количества конструктивных слоев. Первый слой отвечает за очистку отработанных газов. Для этого у него установлены специальные отражатели, которые, принимая на себя газы, затормаживают их, посредством трения о стенки фильтра. В результате, большая часть вредных частиц оседает, а остальная выводится в следующий слой. Вторая часть резонатора является открытой и выводит газы уже с большим давлением и скоростью в глушитель.

  • Качество работы любого резонатора основывается на трех главных условиях:
  • Размеры. Чем больше его диаметр, тем выше эффективность работы, а значит, и мощность, развиваемая двигателем.
  • Общее состояние катализатора.
  • Чистота выхлопной системы в целом. Чем чище труба, тем эффективнее работа резонатора.

Основываясь на вышесказанном, можно сделать определенный вывод. Если резонатор хорошо справляется с очисткой воздуха, значит, мощность двигателя значительно падает. Научно доказано, что при демонтаже фильтра очистки, мощность двигателя возрастает, примерно, на 15%. Получается, что конструкция резонатора должна хорошо справляться с двумя противоречащими функциями одновременно: производить качественную очистку газов, при этом, не сильно влиять на мощность автомобиля.

Неисправности резонатора

Как и любая часть автомобиля, резонатор подвержен определенному износу.

  • Повышение уровня шума. Любые нарушения в работе резонатора, нарушают режимы работы глушителя. Дело в том, что эти две части работают, как единое целое. Нарушения в работе одного – приводят к неисправностям другого. Чаще всего, повышение уровня шума связано с появлением в стенках резонатор определенных отверстий или порезов. Такое бывает, если автомобиль часто ударяется дном о неровности дорожного покрытия.
  • Звон резонатора. Существует два вида появляющегося звона: внутренний и внешний. Первый связан с наличием внутри устройства металлических частей. Это могут быть куски, оторванные от стенок самого резонатора, или стружка с деталей двигателя. Внешние источники звука, обычно связаны с плохим креплением резонатора под автомобилем. «Звенеть», также могут и хомуты.
  • Снижение мощности двигателя. Эта неисправность связана с сильным засорением стенок устройства. Газы прорываются с трудом, а значит, двигатель выделяет достаточно энергии на то, чтобы они вышли. При этом снижается его КПД.

Замена резонатора глушителя своими руками

Ремонтировать резонатор нецелесообразно. Так как при его распиливании, устранении неисправностей и сварке в исходное положение, значительно нарушается его целостность. Это пагубно сказывается на его основных функциях, что все равно приводит к замене узла. Поэтому, узел подлежит только замене.

Все работы необходимо проводить только на остывшем двигателе. Иначе есть риск получить сильный ожог.

Резонатор не имеет специального крепления к днищу автомобиля. Он крепится к трубе глушителя и выпускному коллектору посредством специальных хомутов.

Чтобы выкрутить болты таких хомутов, приходится использовать смазку WD-40. Это связано с тем, что при работе на больших температурах свойства металла соединяющих элементов заметно меняются и болты совсем не поддаются. Многие автолюбители не мучаются и отпиливают их с помощью болгарки. В последствие, их просто заменяют новыми.

Установка нового резонатора – дело ответственное. Важно, чтобы он лег так же, как и его предшественник, так как данное место уже сформировалось именно под этот способ монтажа. Следите за тем, чтобы герметичность соединений была на высшем уровне, иначе есть риск снова услышать неприятные звуки.

На этом замена резонатора завершена.

Резонаторы

- обзор | Темы ScienceDirect

Моделирование SRR

SRR предлагает высокий коэффициент качества и отражает высокую чувствительность к емкостным и индуктивным изменениям в окружающей среде. Модель электрических сосредоточенных элементов для этих типов резонаторов необходима для эффективного и быстрого проектирования схем и систем. Аналитические формулы для расчета эффективной емкости и индуктивности данного одиночного контура SRR приведены в литературе (Sydoruk et al., 2009).Также были показаны модели электрических элементов с сосредоточенными параметрами для линий передачи, нагруженных SRR и SRR (Sydoruk et al., 2009; Hu et al., 2009; Su et al., 2015). Элементы емкости и индуктивности можно выделить, используя геометрию устройства в этих моделях. Было также предложено дальнейшее улучшение более ранних моделей с сосредоточенными элементами (Aznar et al., 2008; Bojanic et al., 2014). Эти сосредоточенные модели построены на базовых резонаторах LC с усовершенствованиями и добавлением модели линии передачи.Тем не менее, необходимо не только включать параметры, требующие априорной информации, но и проводить чрезмерные расчеты перед использованием этих моделей при проектировании схем. Более того, ни один из них не обеспечивает прямой связи между физической геометрией устройства и эквивалентной схемой. Представленная здесь модель устраняет этот недостаток путем включения параметров схемы, которые могут быть получены непосредственно из геометрии структуры SRR и свойств материалов.

Электромагнитное моделирование

На рис.4 изображена однокольцевая структура SRR, которая состоит из металлического кольцевого резонатора и пары микрополосковых монопольных антенн, установленных в одной плоскости (Pekçokgüler et al., 2018). Кольцевой резонатор имеет радиус внутреннего кольца R , круговой металлический путь шириной w , толщиной h и зазором g . Устройство имеет индуктивную составляющую из-за тока, циркулирующего в последовательном пути металлического кольца, и две емкостные составляющие, возникающие из зазора и распределения заряда на поверхности металла.Как правило, возможны две различные конфигурации одной и той же архитектуры резонатора: структура с металлической задней пластиной и структура без какой-либо задней пластины.

Рис. 4. Структура SRR с плоскими антеннами от Pekçokgüler et al. (2018).

От Pekçokgüler N, Dündar G, Torun H и Yalçınkaya AD (2018) Новая модель эквивалентной схемы для разъемного кольцевого резонатора с применением опорного генератора с низким фазовым шумом. Интеграция 61: 160–166. DOI: 10.1016 / j.vlsi.2017.12.004.

Конкретно для этого примера, электромагнитные характеристики устройства SRR с R = 8 мм, w = 1,25 мм и g = 2,4 мм моделируются с использованием коммерчески доступного электромагнитного решателя с конечной разницей во временной области (FDTD). (CST Microwave Studio, Дармштадт, Германия). На рис. 5A показана плотность поверхностного тока в резонансе (2,1 ГГц) SRR без задней пластины, показывающая контурный ток в направлении по часовой стрелке. На рис. 5B и C показаны спектры отражения ( S 11 ) и пропускания ( S 21 ) с провалами на резонансной частоте.

Рис. 5. (A) Моделирование плотности поверхностного тока, (B) спектр отражения (S 11 ) и (C) спектр пропускания (S 21 ) устройства без задней панели, и (D) моделирование плотности поверхностного тока, (E) спектр отражения (S 11 ) и (F) спектр пропускания (S 21 ) устройства с задней панелью от Pekçokgüler et al. (2018).

От Pekçokgüler N, Dündar G, Torun H и Yalçınkaya AD (2018) Новая модель эквивалентной схемы для разъемного кольцевого резонатора с применением опорного генератора с низким фазовым шумом. Интеграция 61: 160–166. DOI: 10.1016 / j.vlsi.2017.12.004.

Аналогичное резонаторное устройство, имеющее размеры R = 6,85 мм, w = 4 мм, g = 1,65 мм, предназначено для достижения более низкой резонансной частоты. Это конкретное устройство имеет алюминиевую пластину толщиной 2 мм на задней стороне. На рис. 5D показано распределение плотности поверхностного тока на резонансной частоте, показывающее циркулирующий ток в направлении против часовой стрелки. Частота магнитного резонанса, образованная этим током, приводит к провалу и пику в спектрах отражения и пропускания соответственно, как показано на рис.5E и F. В дополнение к магнитной энергии, сосредоточенной в области, ограниченной кольцом, электрическое поле, которое создается за счет зарядов в зазоре, также накапливает энергию. Таким образом, устройство демонстрирует резонансное поведение по отношению к перпендикулярному магнитному полю (Jiangfeng Zhou and Soukoulis, 2007). Результаты электромагнитного моделирования показывают, что устройство с металлической задней панелью имеет пик в спектрах пропускания, тогда как устройство без задней панели имеет провал при резонансе. Это различие требует определенной модели эквивалентной схемы для каждой конфигурации.

Моделирование сосредоточенных компонентов

Резонансное поведение одиночного кольцевого SRR можно смоделировать как сосредоточенную цепь LC . Значения эффективной индуктивности и емкости можно рассчитать с использованием следующих формул, как описано в Sydoruk et al. (2009). Полная индуктивность определяется как:

(9) Ltot = μ0R + w2log8R + w2h + w − 12

, где μ 0 - проницаемость свободного пространства. Общая емкость C tot имеет два параллельных емкостных компонента:

(10) Ctot = Cgap + Csurf

, где C gap - это емкость промежутка (разделенная), C surf - поверхностная емкость, и эти емкости рассчитываются как:

(11) Cgap = ε0hwg + C0

, где

(12) C0 = ε0h + w + g

и

(13) Csurf = 20ε0h + wπlog4Rg

, где ε 0 - диэлектрическая проницаемость в свободном пространстве, а C 0 - поправка к емкости параллельных пластин из-за краевых полей.Резонансная частота рассчитывается как:

(14) f0 = 12πLtotCtot

Аналогично, для моделирования структуры CSRR используется параллельная схема с сопротивлением R , емкостью C и индуктивностью L компонентов. . Используя геометрию конкретного примера конструкции, эквивалентные значения индуктивности и емкости SRR, используемого в конфигурации задней пластины, рассчитываются как L tot = 26,3 нГн и C tot = 392 фФ, в результате чего резонансная частота f 0 = 1.6 ГГц. Для SRR без задней панели эквивалентные параметры оказались равными L tot = 37,8 нГн и C tot = 161 fF, соответственно, что дает резонансную частоту f 0 = 2 ГГц.

После того, как значения эффективной емкости и индуктивности устройства рассчитаны с использованием физической схемы, эти значения можно напрямую вставить в модель LC для имитации сердечника резонатора. Однако SRR обычно используются в приложениях, где они интегрированы с другими пассивными элементами, такими как линии передачи и антенны.Более того, когда нацелено применение фильтра или генератора, необходимо сконструировать интерфейс между всей цепью резонатора, включая периферийные пассивные элементы, и активной электроникой. Следовательно, необходим полный отклик эквивалентной схемы, включая антенны и линии передачи.

SRR с задней пластиной

В этой конфигурации металлическая задняя пластина преобразует микрополосковые линии в микрополосковые шлейфы с разомкнутой цепью. Когда структура исследуется в отсутствие SRR, ее можно рассматривать как направленный ответвитель с микрополосковой связью с разомкнутыми сквозными и изолированными портами, а связанный порт является вторым портом в структуре.Поскольку линии расположены достаточно далеко друг от друга, связь слабая и, таким образом, незначительна. Когда SRR включен в структуру, он эффективно передает мощность между линиями, и в спектре передачи возникает пик при резонансе. Внерезонансная передача все равно будет незначительной.

В соответствии с этой операцией модель должна содержать направленный ответвитель со связанными линиями, резонатор RLC и магнитную связь между этими двумя цепями. Модель сосредоточенных элементов для этой конструкции представлена ​​на рис.6A, где R 1 , L 1 и C 1 составляют сердцевину резонатора. Значения L 1 и C 1 получены с использованием формул. (9) и (10) соответственно. В резонансе реактивные компоненты компенсируют друг друга, и остается только элемент потерь, поэтому эквивалентный импеданс сходится к значению R 1, которое контролирует добротность резонатора. Резонатор RLC включен последовательно с сигнальным трактом, обеспечивая передачу только вблизи резонансной полосы.Микрополосковые линии с сопротивлением 50 Ом (направленный ответвитель-1) моделируют несимметричные антенны одинаковой длины. Изолированные и сквозные порты направленного ответвителя-2 оставлены разомкнутыми для получения эффекта открытого конца в антеннах. Идеальные трансформаторы (TR1 и TR2) добавляются для моделирования магнитной связи между SRR и антеннами. Эти трансформаторы расположены между направленными ответвителями и сердечником резонатора, чтобы имитировать физическую компоновку измерительной платформы. Коэффициент связи трансформатора является подходящим параметром в модели и не влияет на резонансную частоту, а просто определяет коэффициент мощности, передаваемой на резонатор.

Рис. 6. Эквивалентная схема предлагаемой модели для (A) устройства с задней панелью, (B) устройства без задней панели от Pekçokgüler et al. (2018).

От Pekçokgüler N, Dündar G, Torun H и Yalçınkaya AD (2018) Новая модель эквивалентной схемы для разъемного кольцевого резонатора с применением опорного генератора с низким фазовым шумом. Интеграция 61: 160–166. DOI: 10.1016 / j.vlsi.2017.12.004.

SRR без задней панели

Когда задняя панель отсутствует, микрополосковые линии ведут себя как монопольные антенны, ведущие к передаче между антеннами вокруг резонансной частоты.Чтобы смоделировать провал передачи, показанный на фиг. 5C, включен параллельный тракт RLC , который снижает передачу до значительно низкого значения при резонансе.

На рис. 6В показана эквивалентная модель устройства без задней панели. Последовательный резонансный контур, состоящий из R 2 , L 2 и C 2 , подавляет передачу определенной полосы частот, созданной геометрией кольцевого резонатора. TL1 и TL2 - это микрополосковые линии передачи, а TLOC1 и TLOC2 - микрополосковые шлейфы разомкнутой цепи, все с импедансом 50 Ом.Поскольку сеть является чисто пассивной и взаимной, физические размеры TL1 и TL2 и физические размеры TLOC1 и TLOC2 равны друг другу. Как и в случае вышеупомянутой схемы, идеальные трансформаторы моделируют магнитную связь между резонатором и антеннами.

Результаты моделирования эквивалентной модели схемы сравниваются с электромагнитным моделированием FDTD и экспериментальными измерениями S-параметров, выполненными с помощью векторного анализатора цепей. Резонатор с сеткой антенных пар изготавливается на 1.Подложка из огнестойкого материала 4 (FR4) толщиной 57 мм с медной металлизацией толщиной 35 мкм. Спектры пропускания и отражения получены с помощью двухпортовых измерений с помощью векторного анализатора цепей (Rohde and Schwarz ZVB4) на примерно резонансной частоте. На рис. 7 показаны s-параметры, полученные в результате анализа FDTD, экспериментов в сравнении с моделированием эквивалентной схемы с сосредоточенными элементами для каждой конфигурации. Результаты FDTD показывают, что устройство с задней панелью демонстрирует резонансную частоту 1,576 ГГц, что подтверждается измерениями ВАЦ, дающими f 0 = 1.617 ГГц. Это приводит к относительной разнице в 2,5% между FDTD и экспериментами. Модель, представленная на рис. 6A, построена с использованием значений параметров, извлеченных из геометрических параметров конструкции. Цепное моделирование этой модели оценивает резонансную частоту 1,574 ГГц, что дает ошибку в 3% по сравнению с экспериментами.

Рис. 7. (A) спектр отражения (S 11 ), (B) спектр пропускания (S 21 ) устройства с задней панелью для всех случаев, (C) спектр отражения (S 11 ) , (D) спектр передачи (S 21 ) устройства без задней панели для всех случаев от Pekçokgüler et al.(2018).

От Pekçokgüler N, Dündar G, Torun H и Yalçınkaya AD (2018) Новая модель эквивалентной схемы для разъемного кольцевого резонатора с применением опорного генератора с низким фазовым шумом. Интеграция 61: 160–166. DOI: 10.1016 / j.vlsi.2017.12.004.

Конструкция считывающего осциллятора

Резонансный сдвиг частоты датчика SRR может быть обнаружен на практике с помощью схемы генератора. Для этой цели может быть использована схема на основе усилителя, использующего устройство SRR high- Q в контуре положительной обратной связи в качестве частотно-избирательной сети (Post and Pit, 1951).Чтобы получить устойчивый колебательный сигнал, величина усиления контура должна быть по крайней мере равной единице, а фазовый сдвиг в контуре должен составлять 0 ° на резонансной частоте. Поскольку структура SRR имеет высокое отражение в широком диапазоне частот, схема может работать в нестабильных условиях и колебаться на частотах, отличных от желаемых, если усилитель не спроектирован должным образом. Для предотвращения этого выбран усилитель MMIC с умеренным усилением ( G ≈ 20 дБ) и высокой направленностью ( S 12 <- 40 дБ).Структура SRR с задней пластиной используется в конструкции генератора из-за высокого пика Q , предлагаемого в спектре передачи. Этот пик приводит к минимальным потерям на резонансной частоте. Когда эти потери компенсируются активной электронной схемой, затухание в контуре становится отрицательным и колебания начинают расти.

Схема генератора изображена на рис. 8А. Для этой конкретной конструкции L a = 3,3 нГн и C a = 1 нФ используются для согласования входов.T-LINE представляет собой дополнительную линию передачи шириной 3 мм и длиной 35 мм между структурой SRR и усилителем, которая используется для регулировки фазы. Заглушка-бабочка, четвертьволновой трансформатор и C b = 1 нФ создают специально разработанную структуру тройника смещения. На выходе усилителя используется делитель мощности 3 дБ для получения выходного сигнала генератора через измерительное оборудование с сопротивлением 50 Ом.

Рис. 8. (A) Схема уровня блока (B) Отклик во временной области (C) Измеренный фазовый шум как функция ширины полосы смещения от несущей генератора считывания отсчетов от Pekçokgüler et al.(2018).

От Pekçokgüler N, Dündar G, Torun H и Yalçınkaya AD (2018) Новая модель эквивалентной схемы для разъемного кольцевого резонатора с применением опорного генератора с низким фазовым шумом. Интеграция 61: 160–166. DOI: 10.1016 / j.vlsi.2017.12.004.

Генератор проверяется измерениями во временной и частотной областях. Сигнал во временной области, полученный с помощью осциллографа, показан на рис. 8B. Размах напряжения составляет 0,6 В (от пика до пика), а период сигнала составляет 619 пс. Частота колебаний и фазовый шум равны 1.617 ГГц (при мощности несущей 6,4 дБм) и - 139,51 дБн / Гц (при отстройке частоты 3 МГц) соответственно. Изменение фазового шума относительно ширины полосы сдвига показано на рис. 8C.

Что такое резонатор? Принцип работы, типы, сравнение с осциллятором

Эта статья представляет собой вводную статью о резонаторе, будет подробно представлена ​​информация о его принципе работы, типах и некоторых основных параметрах, включая анализ разницы между резонатором и осциллятором.


Каталог

I. Что такое резонатор?

II. Принцип работы резонатора

2.1 Структура резонатора

2.2 Пьезоэлектрический эффект

III. Типы резонаторов

IV. Основные параметры резонатора

В. В чем разница между резонатором и генератором?

5.1 Общие различия между резонатором и осциллятором

5.2 Анализ преимуществ и недостатков резонатора и осциллятора

FAQ


I. Что такое резонатор?

Это видео подробно знакомит с резонатором.

Резонатор - это электронный компонент, который генерирует резонансную частоту.

Резонатор - это электронный компонент, который генерирует резонансную частоту.Это типичное пассивное устройство, и для его работы требуется периферийная схема, генерирующая тактовый сигнал.

Кристаллические резонаторы обычно делятся на кварцевые резонаторы и керамические резонаторы. Функция генерации частоты обладает характеристиками стабильности и хорошей защиты от помех и широко используется в различных электронных продуктах.

Частотная точность кварцевых резонаторов выше, чем у керамических резонаторов, но стоимость также выше, чем у керамических резонаторов.Резонатор в основном играет роль регулятора частоты, и все электронные продукты включают передачу частоты, а для приема требуется резонатор. По внешнему виду типы резонаторов можно разделить на линейные и патч-типы.


II. Принцип работы резонатора

2.1 Структура резонатора

Кварцевый резонатор - это своего рода резонансное устройство, созданное с использованием пьезоэлектрического эффекта кристалла кварца (кристалла диоксида кремния).

Его основной состав можно примерно описать следующим образом: отрежьте тонкий слой (называемый пластиной, который может быть квадратным, прямоугольным, круглым и т. Д.) Из куска кристалла кварца под определенным азимутальным углом и нанесите серебряное покрытие. слои в качестве электродов на двух соответствующих поверхностях. Приварите выводной провод на каждом электроде к контакту и добавьте оболочку корпуса, чтобы сформировать резонатор на кристалле кварца. Его продукция обычно упаковывается в металлические корпуса, а также в стеклянную, керамическую или пластиковую упаковку.

2.2 Пьезоэлектрический эффект

Если электрическое поле приложить к двум электродам кристалла кварца, пластина будет механически деформирована. И наоборот, если механическое давление приложено к обеим сторонам пластины, электрическое поле будет генерироваться в соответствующем направлении пластины. Это физическое явление называется пьезоэлектрическим эффектом.

Если к двум полюсам пластины приложить переменное напряжение, пластина будет производить механическую вибрацию, и в то же время механическая вибрация пластины будет создавать переменное электрическое поле.В общем, амплитуда механической вибрации пластины и амплитуда переменного электрического поля очень мала, но когда частота приложенного переменного напряжения имеет определенное значение, амплитуда, очевидно, увеличивается, что намного больше, чем амплитуда на других частотах. Это явление называется пьезоэлектрическим резонансом, который очень похож на явление резонанса LC-контура. Его резонансная частота зависит от способа резки, геометрии и размера пластины.


III. Типы резонаторов

Кварцевые кварцевые резонаторы состоят из кварцевых резонаторов (т. Е. Резонаторов и колебательных контуров) с очень высокими показателями качества. Качество кристалла, ориентация резки, структура кварцевого генератора, форма цепи и т. Д. Вместе определяют характеристики резонатора.

Международная электротехническая комиссия (IEC) делит кварцевые резонаторы на 4 категории: обычный кварцевый генератор (SPXO), кварцевый резонатор с регулируемым напряжением (VCXO), кварцевый генератор с температурной компенсацией (TCXO) и кварцевый генератор с термостатическим управлением (OCXO). . Генерация потерь в кристалле с цифровой компенсацией (DCXO) в настоящее время находится в стадии разработки.

(1) Обычный кристаллический резонатор (SPXO) может обеспечивать точность частоты порядка 10-5 ~ 10-4, стандартная частота составляет 100 МГц, а стабильность частоты составляет ± 100 ppm. SPXO не использует никаких температурных и частотных компенсационных мер, имеет низкую цену и обычно используется в качестве тактового устройства для микропроцессоров. Размер упаковки варьируется от 21 × 14 × 6 мм до 5 × 3,2 × 1,5 мм.

(2) Точность кварцевого резонатора (VCXO) с регулировкой по объему составляет порядка от 10-6 до 10-5, а диапазон частот составляет от 1 до 30 МГц.Стабильность частоты резонатора с низким допуском составляет ± 50 ppm. Обычно используется в контурах фазовой автоподстройки частоты. Размер упаковки 14 × 10 × 3 мм.

(3) Кристаллический резонатор с температурной компенсацией (TCXO) использует термочувствительные устройства для температурной и частотной компенсации с точностью частоты 10-7 ~ 10-6, частотным диапазоном 1-60 МГц и частотой стабильность ± 1 ~ ± 2,5 ppm. Размер упаковки варьируется от 30 × 30 × 15 мм до 11,4 × 9,6 × 3,9 мм. Обычно используется в карманных телефонах, сотовых телефонах, устройствах двусторонней беспроводной связи и т. Д.

(4) Кварцевый резонатор с термостатическим управлением (OCXO) помещает кварцевый и колебательный контур в термостат, чтобы исключить влияние изменений температуры окружающей среды на частоту. Частотная точность OCXO составляет порядка 10-7 ~ 10-8, даже выше для некоторых специальных приложений. Стабильность частоты самая высокая среди четырех типов резонаторов.


IV. Основные параметры резонатора

Основными параметрами кварцевого генератора являются номинальная частота, емкость нагрузки, точность частоты, стабильность частоты и т. Д.Разные кварцевые генераторы имеют разные номинальные частоты, и большинство номинальных частот указано на корпусе кварцевого резонатора.

Например, номинальные частоты обычных кварцевых генераторов составляют 48 кГц, 500 кГц, 503,5 кГц, 1 МГц ~ 40,50 МГц и т. Д. Частота кварцевых генераторов с особыми требованиями может достигать 1000 МГц или более, а также нет номинальные частоты, такие как CRB, ZTB, Ja и т. д.

Емкость нагрузки относится к сумме всех эффективных емкостей внутри и снаружи блока IC, соединенных двумя выводами кварцевого генератора, которые можно рассматривать как последовательные емкость подключения кварцевого генератора в цепи.Различная частота нагрузки определяет различную частоту колебаний резонатора. Для кварцевых генераторов с одинаковой номинальной частотой емкость нагрузки может отличаться.

Поскольку кварцевый резонатор имеет две резонансные частоты, одна представляет собой кристалл емкости с низкой нагрузкой последовательного резонансного кварцевого генератора, а другой - кристалл емкости с высокой нагрузкой параллельного резонансного кристалла. Следовательно, при замене кварцевых генераторов с одинаковой номинальной частотой емкость нагрузки должна быть одинаковой, и их нельзя быстро менять, иначе это приведет к неправильной работе электроприборов.

Точность частоты и стабильность частоты: поскольку базовые характеристики обычных кварцевых генераторов соответствуют требованиям обычных электрических приборов, для высокопроизводительного оборудования требуется определенная точность частоты и стабильность частоты. Точность частоты варьируется от величины к величине. Стабильность варьируется от ± 1 до ± 100 ppm. Выбор подходящего кварцевого генератора в соответствии с потребностями конкретного оборудования, такого как сеть связи, беспроводная передача данных и другие системы, требует более требовательного кварцевого резонатора.

Таким образом, параметры кварцевого генератора определяют качество и производительность кварцевого генератора. В практических приложениях соответствующий кварцевый генератор следует выбирать в соответствии с конкретными требованиями. Из-за разной цены кварцевых генераторов с разными характеристиками, чем выше требования, тем дороже цена. Как правило, выбор должен соответствовать только требованиям.


V. В чем разница между резонатором и осциллятором?


5.1 Общее различие между резонатором и генератором

Так называемый резонатор включает в себя не только кварцевые резонаторы, но также керамические резонаторы, резонаторы LC и т. Д. Кварцевый генератор - это аббревиатура от кварцевого генератора. Это компонент генератора, состоящий из комбинации кварцевого резонатора и контура, в частности, компонента генератора, изготовленного из кварцевого кристалла.

Таким образом, полное название должно быть «Кварцевый резонатор» и «Кварцевый кварцевый осциллятор» .Кроме того, резонатор - это пассивное устройство, которому требуется периферийная цепь для управления его работой и генерации тактового сигнала. Генератор представляет собой активное устройство со своей собственной встроенной схемой для обеспечения более стабильного тактового сигнала.

Кварцевый генератор - это колебательный контур, в котором кристалл используется в качестве компонента выбора частоты. По сравнению с другими колебательными контурами, он имеет такие преимущества, как хорошие характеристики выбора частоты (высокое значение добротности) и стабильность высоких частот.

Принципиальная разница между резонатором и генератором - активный и пассивный, который также можно назвать активным и пассивным. Генератор имеет на один контур управления больше, чем резонатор.

Кристаллические резонаторы имеют некоторые эквивалентные параметры, и различные условия использования могут иметь разные требования. Например, некоторым пользователям требуется емкость нагрузки C0 / C1. При выборе учитывайте температуру окружающей среды, емкость нагрузки, точность частоты и даже требования DLD.Это требует некоторого управления параметрами схемы периферийного генератора для вывода стабильной частоты.

Кварцевый генератор позволяет избежать этих проблем. Колебательный контур завершен производителем, и для стабильного выхода требуется только стабильный источник питания. Кроме того, генератор имеет некоторые вспомогательные функции, такие как кварцевый генератор с регулируемым напряжением (VCXO), кварцевый генератор с температурной компенсацией (TCXO), кварцевый генератор с постоянной температурой (OCXO) и т. Д.Эти генераторы могут соответствовать некоторым точным настройкам, которые трудно достичь при непосредственном использовании резонаторов. . Частотная точность OCXO может достигать порядка E-9.

Во-вторых, кварцевый генератор сделан из кварцевого резонатора, чтобы его можно было использовать в качестве носителя сигнала или синхронизации для других компонентов. Удовлетворять требованиям производимой продукции.

Генератор - это просто источник частоты, который обычно используется в контуре фазовой автоподстройки частоты. В частности, это устройство, которое может преобразовывать мощность постоянного тока в мощность переменного тока без возбуждения внешнего сигнала.Обычно делятся на два типа: положительная обратная связь и отрицательное сопротивление.

Так называемое «колебание», его значение подразумевает обмен, осциллятор включает в себя процесс и функцию от отсутствия колебаний к колебаниям. Он может завершить преобразование питания постоянного тока в питание переменного тока. Такое устройство можно назвать «осциллятором».

Любая коммуникационная или электронная система должна иметь значение уровня в пределах нормального диапазона в некоторой заданной точке. Компоненты, настроенные на нормальное значение уровня, - это усилители и аттенюаторы.Точка чрезмерно низкого уровня - это точка появления шума, а точка чрезмерно высокого уровня вызовет перегрузку и приведет к появлению недопустимого нелинейного искажения усилительного компонента. Понять роль аттенюатора несложно. Есть два типа аттенюаторов: фиксированные и регулируемые.

5.2 Анализ плюсов и минусов резонатора и осциллятора

В этом разделе мы собираемся проанализировать плюсы и минусы кристаллического резонатора и керамического резонатора, резонатора и осциллятора.

(1) плюсы и минусы кристаллического резонатора и керамического резонатора

Введение кристаллического резонатора было упомянуто выше, поэтому я не буду повторять его здесь. Давайте посмотрим на керамические резонаторы.

Керамический резонатор - это пьезоэлектрическое керамическое устройство, используемое для генерации колебаний с определенной частотой. Материалы, используемые для изготовления таких устройств, вызывают резонансные характеристики в процессе производства.

Поскольку эта резонансная характеристика находится в пределах производственной погрешности, а ее коэффициент качества намного ниже, чем у кварца, стабильность частоты, которую могут обеспечить керамические резонаторы, не так хороша, как у кристаллических резонаторов.Как правило, керамические резонаторы используются в случаях, когда стоимость невысока, а требования к характеристикам невысоки.

Плюсы: По сравнению с кристаллами, стоимость керамических резонаторов вдвое меньше, чем кристаллов, и размер меньше.

Минусы: По сравнению с кристаллами ему не хватает частотной и температурной стабильности. Его точность низкая, вероятно, от 1% до 0,1%.

(2) плюсы и минусы резонатора и генератора

Генератор - это устройство преобразования энергии, которое преобразует мощность постоянного тока в мощность переменного тока с определенной частотой.Образованная им схема называется схемой генератора. Осциллятор - это активное устройство. Генератор имеет на один контур управления больше, чем резонатор.

Осцилляторы - это электронные компоненты, используемые для генерации повторяющихся электронных сигналов (обычно синусоидальных или прямоугольных волн). Образованный им контур называется колебательным контуром. Электронная схема или устройство, которое может преобразовывать постоянный ток в сигнал переменного тока определенной частоты.

Есть много типов.По режиму возбуждения колебаний его можно разделить на автогенератор и отдельно возбужденный генератор; в соответствии со структурой схемы его можно разделить на генератор сопротивления-емкости, генератор индуктивности-емкости, кварцевый генератор, генератор камертона и т.д .; В соответствии с формой выходного сигнала можно разделить на это синусоидальную волну, прямоугольную волну, пилообразную волну и другие генераторы. Он широко используется в электронной промышленности, лечении, научных исследованиях и т. Д.

Плюсы: Качество сигнала кварцевого генератора хорошее, относительно стабильное, а метод подключения относительно прост (в основном, для хорошей фильтрации мощности, обычно используется схема фильтра PI, состоящая из конденсатора и индуктивности, а выходной терминал использует небольшой резистор сопротивления для фильтрации сигнала. Да), никаких сложных схем конфигурации не требуется. Для приложений с чувствительными требованиями к синхронизации характеристики кварцевых генераторов относительно хорошие.

Минусы: По сравнению с кварцевым резонатором недостатком кварцевого генератора является то, что уровень его сигнала фиксирован, и необходимо выбирать соответствующий выходной уровень. Это менее гибко и дорого. Кроме того, кварцевому генератору требуется много времени для запуска.

Объем: По сравнению с пассивными кристаллами кварцевые генераторы обычно больше по объему. С улучшением технологии некоторые кварцевые генераторы теперь устанавливаются на поверхность, и по объему сопоставимы с кварцевыми резонаторами.

Резюме: Типичная начальная точность керамических резонаторов находится в диапазоне от 0,5% до 0,1%, и дрейф, вызванный старением или изменениями температуры, может изменить этот диапазон точности.

Допуски дешевых керамических резонаторов составляют всего ± 1,1%, а точность более дорогих автомобилей составляет ± 0,25% и ± 0,3% соответственно. Будущее применение - это автомобильная шина CAN (сеть контроллеров) с рабочей температурой от -40 ° C до + 125 ° C. Недорогие керамические резонаторы с частотами от 200 кГц до 1 ГГц подходят для встроенных систем, не предъявляющих строгих требований к синхронизации.

Керамические устройства запускаются быстрее и обычно меньше кварцевых. Они также лучше выдерживают удары и вибрацию.


FAQ

1. Что делает резонатор?

Единственная цель резонаторов в жизни - изменить шум двигателя транспортного средства до того, как он достигнет глушителя, для окончательного снижения децибел.

2. Что такое резонатор в электронике?

Резонатор - это устройство или система, которые проявляют резонансное или резонансное поведение.... Резонаторы используются либо для генерации волн определенных частот, либо для выбора определенных частот из сигнала. В музыкальных инструментах используются акустические резонаторы, которые производят звуковые волны определенного тона.

3. Что дает снятие резонатора?

Удаление резонатора изменяет способ прохождения генерируемых вашим автомобилем импульсов через выхлопную систему. Думайте об этом устройстве, как если бы это была большая эхо-камера. Он принимает эти импульсы, оптимизирует их частоту, что позволяет добиться лучшего производства энергии.

4. Какой лучше удалить глушитель или удалить резонатор?

Если вам нужен более громкий и легкий автомобиль, вам лучше удалить глушитель. Если вам нужен хороший звук и немного больше мощности, удаление резонатора - лучший вариант. ... В конце концов, разница между удалением резонатора и глушителя не так уж и велика.

5. В чем разница между кристаллом и резонатором?

Керамический резонатор использует частоту в пределах электрического компонента, но в отличие от кристалла, который имеет допуск по частоте 10 ~ 30 частей на миллион, керамический резонатор имеет 0.Допуск по частоте 5% или 5000 PPM, который обычно используется в микропроцессорных приложениях, где абсолютная стабильность не важна.

6. Нужен ли впускной резонатор?

Резонатор воздухозаборника является важным компонентом системы впуска автомобильного двигателя. Это позволяет двигателю работать тише и эффективнее. ... Резонатор воздухозаборника - важнейший компонент системы впуска автомобильного двигателя. Это позволяет двигателю работать тише и эффективнее.

7. Ограничивают ли резонаторы воздушный поток?

Резонаторы Magnaflow вообще не ограничивают поток, это все равно, что добавить участок прямой трубы, поскольку они являются прямыми. В конструкции magnaflow используются не камеры, а прямая перфорированная труба, окруженная звукопоглощающим материалом.

8. Какая частота лучше всего подходит для шумового резонатора?

Резонатор лучше всего работает в диапазоне частот, в котором двигатель производит наибольший шум; но даже если частота не совсем та, на которую был настроен резонатор, он все равно будет производить некоторые разрушительные помехи.

9. Сможет ли резонатор заглушить мой выхлоп?

Глушители и резонаторы работают вместе, чтобы заглушить выхлоп вашего автомобиля и уменьшить раздражающие звуки. Хотя они работают по-разному, они оба помогают улучшить звук выхлопа. Глушители и резонаторы также можно удалить для более громкого и агрессивного звука выхлопа.

10. При удалении резонатора увеличивается мощность в лошадиных силах?

Как правило; чем тише выхлопная система, тем больше мощности она забирает у вашего двигателя.... Удаление всех глушителей и резонаторов даст немного больший прирост, но помните, что после снятия ограничений выхлоп становится громче.

(а) Принцип работы непрерывного резонатора. Свободно распространяющиеся ...

Контекст 1

... в настройке спектров теплового излучения в инфракрасном диапазоне как наноструктурированными поверхностями, так и тонкопленочными пакетами, служащими решетками [1–3], фотонными кристаллами [4 –8] или резонаторов [9–11], широко сообщалось в последние годы.Поскольку тепловое излучение является процессом, присущим всему обычному веществу, оно обеспечивает механизм передачи и потери энергии, доступный в наиболее мыслимых системах, позволяющий проводить зондирование, спектроскопический анализ или перенос энергии как таковой. Таким образом, области фактического и потенциального применения излучения и обнаружения теплового излучения соответственно разнообразны, от промышленного и ботанического контроля [12–14] до термофотоэлектрического преобразования энергии [15–17], среди прочего. Хотя наноструктурирование поверхностей представляет собой очень мощный инструмент для настройки оптических свойств, оно часто требует дорогостоящих и медленных технологий изготовления, что требует более простых структур, с помощью которых можно адаптировать оптические свойства поверхностей.В этой работе мы представляем адаптированное тепловое излучение из неструктурированного многослойного резонатора, который легко изготовить и подходит для контролируемой настройки теплового узкополосного излучения в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне, см. Рис. 1. Излучатель концептуально состоит из двух золотые пленки разной толщины, разделенные слоем аморфного диоксида кремния. Толщина золотых пленок такова, что нижняя пленка полностью отражающая, а верхняя - полупрозрачная, что обеспечивает связь мод резонатора со свободно распространяющимися волнами.Мы спроектировали излучательную способность таким образом, чтобы она совпадала с шириной запрещенной зоны GaSb, полупроводникового материала с малой шириной запрещенной зоны, который часто используется для термофотоэлектрического преобразования (TPV). Его ширина запрещенной зоны составляет 0,7 эВ для недеформированного материала, что соответствует длине волны вакуума примерно 1,7 мкм. Структура была недавно исследована Яном [18] на резонансной длине волны 1 мкм и Чжао и др. [19] в видимом диапазоне, что касается его холодных оптических свойств, и было обнаружено, что он демонстрирует резкие резонансы, которые можно настраивать по резонансной длине волны за счет изменения толщины прокладки.Ширина линии и максимальное поглощение в первую очередь определяются толщиной верхнего слоя золота. Концептуально близкую структуру, в которой брэгговский отражатель действует как верхний отражатель, можно найти в [20]. Ранее Wang et al. измерили тепловое излучение очень похожей структуры, но при энергиях, слишком малых для фотоэлектрического преобразования [21]. Здесь мы исследуем тепловое излучение этой структуры на длине 1,72 мкм, то есть на длинах волн, имеющих прямое отношение к термофотоэлектрическому преобразованию.Поскольку эмиттер не требует структурирования слоев и, кроме того, может быть изготовлен из различных металлов и диэлектриков, он имеет потенциал для экономичного масштабирования производства термоэмиттеров для крупномасштабного освещения фотоэлектрических элементов в приложениях TPV. В термодинамическом равновесии тепловое излучение полностью поглощающего и непрозрачного объекта, черного тела, описывается законом излучения, впервые полученным Планком [22], который связывает длину волны и температуру черного тела с его спектральной яркостью I, которая количественно определяет излучаемая мощность на единицу площади, длину волны и телесный угол.Черное тело - идеализированный объект; Излучение любого реального объекта дополнительно описывается их излучательной способностью или излучательной способностью ε λ (T), которая количественно определяет спектральную яркость объекта по сравнению с излучением черного тела. Таким образом, можно выразить спектральную яркость объекта с излучательной способностью ε λ (T) ...

Полимерные резонаторы с памятью формы как высокочувствительные неохлаждаемые инфракрасные детекторы

Abstract

Неохлаждаемые инфракрасные детекторы сделали возможным быстрый рост тепловизионных приложений .Эти детекторы представляют собой преимущественно болометры, считывающие изменение температуры пикселя из-за инфракрасного излучения как изменение сопротивления. Другой метод измерения без охлаждения - преобразование инфракрасного излучения в частотный сдвиг механического резонатора. Мы представляем здесь высокочувствительные резонансные инфракрасные датчики на основе термочувствительных полимеров с памятью формы. Используя полимер с фазовым переходом в качестве механизма преобразования, наш подход обеспечивает улучшение температурного коэффициента частоты на 2 порядка.Шумовая эквивалентная разница температур 22 мК в вакууме и 112 мК в воздухе получены с помощью оптики f / 2. Разница температур, эквивалентная шуму, дополнительно улучшена до 6 мК в вакууме за счет использования высокодобротных мембран из нитрида кремния в качестве подложек для полимеров с памятью формы. Эта высокая производительность на воздухе устраняет необходимость в вакуумной упаковке, открывая путь к гибким негерметично закрытым инфракрасным датчикам.

Условия предмета: Полимеры, визуализация и зондирование

Введение

Инфракрасная (ИК) визуализация быстро внедряется в широком диапазоне областей, включая термографию, медицинскую диагностику, пожаротушение, автономное вождение, контроль пищевых продуктов и безопасность 1 - 6 .Двумя основными технологиями ИК-детекторов являются детекторы фотонов (обычно охлаждаемые) и тепловые детекторы (обычно неохлаждаемые). Детекторы фотонов основаны на генерации пар электрон / дырка в материале детектора при воздействии ИК-излучения. Это самая быстрая и самая чувствительная технология обнаружения инфракрасного излучения; однако они требуют работы при криогенных температурах, чтобы минимизировать термически генерируемые электронно-дырочные пары. Системы охлаждения увеличивают общий размер и стоимость системы. Напротив, тепловые детекторы преобразуют ИК-излучение путем измерения зависящих от температуры физических свойств, таких как электрическое сопротивление в болометрах 7 , электрическая поляризация в пироэлектрических детекторах 8 , электрическое напряжение в термобатареях 9 и смещение в термомеханических детекторах 10 .Они не требуют активного охлаждения, могут быть небольшими и энергоэффективными 11 . Однако они отстают от детекторов фотонов по чувствительности и времени отклика. Резонансные ИК-датчики 12 - 19 , механическая резонансная частота которых зависит от температуры, могут стать прорывом для тепловых детекторов, поскольку обеспечивают чрезвычайно высокую чувствительность из-за низкого уровня шума, связанного с измерениями частоты 20 .

Разница температур, эквивалентных шуму (NETD), является ключевым показателем чувствительности ИК-датчика.NETD - это минимально различимое изменение температуры у источника излучения (например, ИК-мишени, а не детектора). Уравнение (1) дает одно определение 10 NETD. Δ T T - изменение температуры на мишени (источнике ИК излучения). SNR - это отношение сигнал / шум на выходе инфракрасного детектора, где В с - это уровень сигнала детектора (например, напряжение считывания или выходная частота), а В N - общий шум (например.g., среднеквадратичное значение напряжения шума или фазовый шум) в полосе пропускания системы 21 .

NETD = ΔTTSNR = ΔTTVs ∕ VN

1

Для резонансных ИК-датчиков 14 Ур. ( 1 ) можно переписать как

NETD = ΔTTPincPincPabsPabsΔTDσATCF

2

P inc - мощность, падающая на детектор, P abs - мощность, поглощаемая детектором D - изменение температуры на детекторе, σ A - девиация Аллана 22 (мера шума на частоте), а TCF - температурный коэффициент резонансной частоты.Чтобы повысить чувствительность, нужно минимизировать каждое соотношение в уравнении. ( 2 ). (ΔTTPinc) относится к ИК-оптике и выходит за рамки данной статьи. (PincPabs) и (PabsΔTD) являются обратной величиной оптической плотности и теплопроводности датчика (включая проводимость в воздух, если не в вакуумной упаковке). Максимальное поглощение 23 и минимизация тепловых потерь 17 , 24 чувствительной области улучшают чувствительность.Наконец, последний член (σATCF) состоит из двух ключевых параметров, характерных для резонансных ИК-датчиков. Высокая чувствительность может быть достигнута за счет увеличения TCF 25 , 26 и повышения стабильности частоты 27 - 29 .

Полимеры с памятью формы (SMP) 30 - 32 могут использоваться для увеличения TCF, поскольку их модуль Юнга имеет исключительно высокую температурную зависимость. SMP - это материалы с программируемым фазовым переходом, которые могут запоминать постоянную форму, деформироваться и фиксироваться во временной форме в заданных условиях, а позже, при внешнем воздействии, восстанавливать свою первоначальную постоянную форму 33 - 37 .Механические свойства SMP могут быть изменены с помощью таких стимулов, как температура 38 , свет 39 , растворитель 40 и давление 41 . Технология ИК-датчика, о которой мы рассказываем здесь, основана на термочувствительных SMP, механические свойства которых изменяются с изменением температуры. В нашем датчике ИК-излучение нагревает SMP, тем самым изменяя его механические свойства. SMP имеет фазовый переход из жесткого состояния ниже его температуры стеклования ( T стекло ) в резиновое состояние выше T стекло .

Здесь мы сообщаем о высокочувствительном резонансном ИК-датчике на основе термочувствительных полимеров с памятью формы (SMP). Мы представляем, насколько нам известно, первое использование свойства теплового фазового перехода полимера в качестве механизма преобразования для ИК-обнаружения. Наши резонаторы SMP обеспечивают беспрецедентную чувствительность благодаря самому высокому TCF, о котором когда-либо сообщалось в качестве ИК-датчика. Материал SMP сам по себе не только обеспечивает механизм преобразования ИК-излучения в частоту, но также является хорошим поглотителем в длинноволновом ИК-диапазоне (LWIR) (т.е.е. от 7 до 14 мкм), избегая необходимости в дополнительном слое поглотителя. Материал SMP имеет низкую теплопроводность, что обеспечивает хорошую теплоизоляцию от окружающей среды. Эти характеристики резонаторов SMP позволяют производить высокочувствительное ИК-детектирование не только в вакууме, но и при атмосферном давлении. Чувствительность ИК-зондирования дополнительно повышается за счет использования SMP с высокодобротными мембранами из нитрида кремния (SiNx) в качестве биморфных резонаторов.

Результаты

Принцип работы

На рисунке показан принцип работы технологии резонансного ИК-детектирования, основанной на резонаторах SMP.

Обзор резонансного датчика IR SMP и принцип работы. - иллюстрация системы инфракрасного датчика . b Принцип работы ИК-датчика SMP: падающее ИК-излучение от ИК-мишени вызывает изменение температуры ΔT на резонаторе SMP. Это приводит к изменению модуля Юнга ΔE материала SMP, что сдвигает резонансную частоту Δ f res резонатора SMP. c Изготовленный резонатор SMP, вид сверху. d Схематическая частотная характеристика резонатора IR SMP при включении и выключении ИК-подсветки: изменение температуры ИК-мишени можно определить по изменению резонансной частоты

Падающее ИК-излучение от цели вызывает изменение температуры на резонатор SMP, который зависит от ИК-оптики, а также от оптической плотности и теплового взаимодействия датчика с окружающей средой. Это изменение температуры приводит к изменению модуля Юнга материала SMP, сдвигая механическую резонансную частоту резонатора.Сдвиг резонансной частоты может быть обнаружен с помощью схемы считывания частоты , , 42, , , а затем преобразован обратно в изменение температуры.

При заданном изменении температуры изменение резонансной частоты задается TCF датчика. TCF можно записать как TCF = 1fRes∂fRes∂TD [единица СИ: K -1 ], где f Res - резонансная частота. Чем больше TCF, тем больше изменение резонансной частоты для данного изменения температуры.Для нашего материала TCF зависит от температуры и в принципе имеет максимум около температуры стеклования, T , стекло . Таким образом, мы стремимся использовать датчики, нагретые до температуры около T glass , для достижения наивысшего TCF.

Характеристики материала SMP

Дополнительный Рис. 1 показывает измерение динамического механического анализа (DMA) коммерческого материала MM4520 SMP, который имеет номинальную температуру T glass при 45 ° C.Модуль Юнга ( E ) нанесен на график в зависимости от температуры от 20 ° C до 80 ° C. E в этом диапазоне снижается с 1700 МПа до 10 МПа. Мы строим график теплового коэффициента модуля Юнга TCE = 1E∂E∂TD, который имеет максимальное значение около TCEpeak = 0,2K − 1 и находится в области стеклования при температуре около 50 ° C. Для механических резонаторов дисковой формы с низкими напряжениями TCF резонатора может быть рассчитана как половина TCE материала, поскольку частота механического резонанса резонатора пропорциональна E.Следовательно, значение пика TCE подразумевает пик TCF 0,1 К-1 (то есть 10%). Это значение TCF приведет к высокочувствительному резонансному ИК-датчику, если резонансная частота может быть отслежена точно, которая связана с добротностью резонатора. Проблемой для материалов SMP является низкая добротность около T glass . Собственный коэффициент качества ( Q E ) является обратной величиной коэффициента потерь материала. QE = tan (δ) -1 = E '∕ E ″, где E ′ - модуль накопления, а E ′ ′ - модуль потерь, которые были получены из измерений прямого доступа к памяти. Q E график зависимости от температуры на дополнительном рисунке 1 . Q E существенно падает в районе температуры стеклования. Существует компромисс между Q-фактором и TCE или TCF, поскольку максимальные потери для материала SMP совпадают с пиком TCE из-за высокой вязкоупругости около T glass . Использование резонатора IR SMP вдали от стекла T Glass приводит к более высокой добротности, но более низкому TCF.Следовательно, оптимальная рабочая температура может быть не совсем T glass .

Другой подход к компромиссу между добротностью и TCF заключается в создании биморфа, состоящего из слоя материала SMP, прикрепленного к механическому резонатору с высокой добротностью. Биморф имеет более высокий Q-фактор, чем чистый SMP, но более низкий TCF, потому что большинство материалов с высоким Q имеют TCF на порядки меньше, чем SMP. Для изучения этого, помимо голых резонаторов SMP, мы также использовали высоконапряженные (HS) резонаторы из нитрида кремния (SiNx) с добротностью более 10 000 при комнатной температуре в высоком вакууме.

Последовательность определения характеристик резонатора SMP

Мы изготовили резонаторы круглой и квадратной формы, поскольку их геометрия легче изготовить и обеспечивает большую площадь поглотителя ИК-излучения, чем структура мостового типа. Размеры резонаторов круглой формы составляют 520 мкм в радиусе и 10 мкм в толщину, а размеры резонаторов квадратной формы составляют 1 мм × 1 мм × 150 нм, если не указано иное. Резонатор помещается на подложку из полиметилметакрилата (ПММА) толщиной 1 мм и с центральным отверстием для определения формы резонатора.Изготовление и сборка резонаторов SMP описаны в разделе «Методы».

Резонатор SMP установлен на пьезодисковом приводе и размещен на нагревателе с системой пропорционально-интегрально-производного (ПИД) регулятора температуры, который регулирует рабочую температуру резонатора ( T sub ), используя термистор, размещенный на подложке (дополнительный рис. 2 ). Подробную информацию о ПИД-регуляторе можно найти в разделе «Методы». Температура увеличивается с T ниже = 25 ° C до T ниже = 50 ° C с шагом 5 ° C.Изменение резонансной частоты и добротности отслеживают путем измерения зависимости смещения от частоты с помощью лазерного доплеровского виброметра (LDV). TCF и шум стабильности частоты ( σ A ) этого резонатора определяются для каждой рабочей температуры. Наконец, измеряются NETD и время отклика.

Резонансная частота и Q

На рисунке показана резонансная частота 1-й изгибной моды в зависимости от температуры в вакууме (~ 10 –3 Па).Для каждого T sub измеренное смещение в зависимости от частотных характеристик мембраны SMP приспособлено к функции Лоренца для определения резонансной частоты и добротности. Дополнительный рис. 3 показывает частотную характеристику мембраны SMP для 2 рабочих температур ( T sub = 25 ° C в стекловидном состоянии, T sub = 45 ° C в переходном состоянии). Измерения зависимости резонансной частоты от температуры сравниваются с аналитическими значениями, вычисленными 42 на основе модуля Юнга ( E ) отданные температуры, полученные из измерений прямого доступа к памяти (дополнительный рис. 1 ). Экспериментальные данные хорошо согласуются с аналитическим решением (рис.). Резонансная частота изменяется как fRes ~ E (T).

Характеристики резонатора SMP. a Резонансная частота и b Зависимость добротности резонатора SMP от температуры. На обоих графиках показаны данные измерений в вакууме и аналитическое решение, основанное на данных прямого доступа к памяти

На рисунке показана зависимость добротности мембраны SMP в вакууме оттемпература ( T sub ) . И измеренный Q, и собственный фактор качества материала Q E из результатов прямого доступа к памяти хорошо согласуются. Q имеет максимальное значение вблизи комнатной температуры (в стеклообразном состоянии Q ≈ 43), в переходной области оно падает до Q ≈ 1–2. Хотя существует множество возможных факторов рассеивания энергии, таких как воздушное демпфирование и потери в якорях 43 , доминирующим механизмом потери энергии в нашем случае являются внутренние материальные потери.

TCF, стабильность частоты и предельная чувствительность

Из зависимости резонансной частоты резонатора SMP от температуры легко вычислить TCF: TCF = 1fResΔfResΔTsub. Из TCF и шума стабильности частоты, характеризуемого девиацией Аллана (AD) - σ A , можно вычислить минимальное обнаруживаемое изменение температуры подложки: δTsub = σATCF.

На рисунке показаны измерения AD резонатора SMP в зависимости от времени интегрирования (τ) для температур подложки от 25 до 50 ° C.Минимальные значения AD ( σ A ≈ 8,6 × 10 –7 для τ = 460 мс) возникают при температуре подложки T sub = 30 ° C. Эти значения AD на 2 порядка выше, чем у типичных MEMS-резонаторов ( σ A ≈ 10 –8,2 ), выведенных из литературных данных 22 для устройств с аналогичными массами (~ 10 нг). По мере увеличения рабочей температуры нестабильность частоты увеличивается. Вероятно, это связано с падением добротности, поскольку AD обратно пропорционально добротности резонатора 22 .Амплитуда выходного сигнала (смещение резонатора) - еще один важный параметр, улучшающий стабильность частоты 44 . Мы использовали резонатор во всех случаях, близких к максимальному пределу смещения нашего прибора LDV. Следовательно, по мере увеличения рабочей температуры мы также увеличиваем напряжение пьезодвигателя, чтобы компенсировать снижение Q.

TCF, анализ стабильности частоты и чувствительности для резонатора SMP. a Измерение отклонения Аллана как функция времени интегрирования для различных рабочих температур, полученных в вакууме (~ 10 –3 Па). b TCF (слева y - ось) и измерение AD (справа y - ось) для времени интегрирования τ = 500 мс в зависимости от рабочей температуры ( T sub ). c Расчетная чувствительность определения температуры (δTsub = σATCF) в зависимости от рабочих температур. Наилучшая полученная чувствительность составляет 63 мкК при T sub = Рабочая температура 30 ° C

Максимальная стабильность частоты достигается при времени интегрирования от τ = 200 мс до τ = 400 мс в зависимости от рабочей температуры.Нестабильность частоты увеличивается с увеличением времени интегрирования, вероятно, из-за теплового дрейфа. Для анализа чувствительности определения температуры мы использовали значения AD, соответствующие времени интегрирования τ = 500 мс, поскольку это соответствует тепловой постоянной времени датчика. (См. Дополнительное примечание 1 для уменьшения диаметра резонатора SMP до 52 мкм для расчетной постоянной времени 7 мс).

На рисунке показаны измеренные значения TCF и отклонения Аллана для времени интегрирования τ = 500 мс.TCF рассчитывается согласно нормированному изменению частоты в пределах каждого шага 5 ° C с использованием измерений из рис. Наилучшая TCF составляет ~ 8% K -1 при рабочей температуре T sub = 45 ° C. Этот TCF на 2 порядка выше, чем лучший TCF, о котором сообщалось до сих пор (~ 0,1% K -1 ) для ИК-резонансных датчиков 25 . Кроме того, TCF более чем на порядок выше, чем у датчиков резонансной температуры 45 - 47 , для которых наилучшее значение TCF составляет 1.7% К -1 .

Для каждой точки данных на рис. Рассчитывается минимальное обнаруживаемое изменение температуры на подложке (δTsub), которое соответствует чувствительности прямого определения температуры. Наилучшая чувствительность определения температуры составляет 63 мкК при T sub = рабочая температура 30 ° C, как показано на рис. Это значение означает, что простая архитектура резонансного датчика SMP обеспечивает чувствительность определения температуры, сравнимую или лучшую, чем характеристики современных резонансных датчиков температуры 45 , 46 или фотонных датчиков температуры с гораздо более сложной структурой. 48 , 49 .

Измерения NETD

Экспериментальная установка для определения характеристик ИК-датчиков SMP показана на дополнительном рисунке 4 . ИК-излучение от мишени при контролируемой температуре фокусируется на резонатор SMP. Поглощенное ИК-излучение вызывает изменение температуры на ИК-датчике Δ T D , которое намного меньше, чем изменение температуры на цели, Δ T T . ΔTDΔTT представляет отношение температуры детектора к температуре объекта, которое является функцией ИК-оптики, площади детектора, оптической плотности ИК-датчика и теплопроводности (подробный анализ см. В дополнительном примечании 2 ).

Поглощение образца SMP толщиной 10 мкм измеряли с помощью инфракрасного спектрометра с преобразованием Фурье (FTIR) по всему спектру LWIR (дополнительный рисунок 5 ). Пленка SMP толщиной 10 мкм, 23 мкм и 57 мкм поглощает 48, 69 и 84% ИК-излучения в спектральном диапазоне 7–14 мкм (см. Методы измерения оптической плотности) соответственно. Поскольку материал SMP является хорошим поглотителем в диапазоне LWIR, нет необходимости в дополнительном слое поглотителя, и для этого исследования достаточно слоя толщиной 10 мкм.

Для тестирования резонаторов SMP в качестве ИК-датчиков, ИК-излучение, испускаемое черным резистивным нагревателем, модулировалось с помощью вращающегося прерывателя (подробности см. В разделе «Методы»). На рисунке показан ИК-отклик резонатора для двух разных температур источника ИК-излучения. Это приводит к двум различным разницам температур источника по отношению к окружающей среде, которые мы называем разностью температур абсолютно черного тела ( ΔT bb ). Температура подложки резонатора поддерживается на уровне T sub = 30 ° C (так как это оптимальная рабочая температура для устройства), а резонатор работает в вакууме (~ 10 –3 Па).Температурные изменения ΔT bb = 5 ° C и ΔT bb = 15 ° C в ИК-источнике приводят к сдвигу частоты на Δf 1 ≈ 5 Гц и Δf 2 ≈ 15 Гц соответственно. Чтобы определить NETD ИК-датчика, мы используем NETD = σA ∕ TCFbb, где TCF bb - это TCF нашего датчика по отношению к разнице температур черного тела в 1 ° C и может быть выражено как TCFbb = 1fRes∂fRes∂Tbb . Мы измеряем NETD всего 22 мК.

Измерения NETD ИК-датчика SMP. a Частотная характеристика ИК-датчика SMP в вакууме при T sub = рабочая температура 30 ° C, когда заданная температура периодически изменяется на ΔT bb = 5 ° и на ΔT bb = 15 °. b Частотная характеристика ИК-резонатора при T sub = рабочая температура 30 ° C в вакууме и при 1 атмосфере. c Измеренное значение NETD vs.рабочая температура в вакууме и в воздухе

Термическая постоянная времени также определяется как 376 ± 8 мс на основе модулированного ИК-отклика (дополнительный рисунок 6 ), что является важным показателем для оценки времени отклика и потенциал датчика для видеоприложений в реальном времени (см. дополнительное примечание 1 ).

На рисунке показан ИК-отклик резонатора в вакууме (~ 10 –3 Па), а также при атмосферном давлении при рабочей температуре T sub = 30 ° C.Изменение температуры на ΔT bb = 15 ° C на заданном уровне приводит к изменению частоты на Δf воздух ≈ 5,4 Гц в воздухе по сравнению с Δf в вакууме ≈ 15 Гц в вакууме . Теплопроводность от мембраны к подложке через воздух ухудшает отношение температуры детектора к целевой температуре (см. Дополнительное примечание 2 ). Это можно увидеть на рис. 4, где тепловая постоянная времени мембраны в воздухе ниже, чем в вакууме, из-за теплопроводности через воздух.Чтобы определить NETD в воздухе, аналогичные измерения AD выполняются при атмосферном давлении. NETD при T при давлении воздуха = 30 ° C рассчитывается как 162 мК. Несмотря на то, что NETD в воздухе примерно в 7 раз выше, чем в вакууме, тем не менее, он сопоставим с NETD современных резонансных ИК-датчиков, которые работают в вакууме 14 , 15 .

Наконец, мы измеряем NETD для рабочих температур от 25 до 45 ° C в вакууме и воздухе (рис.). При 25 и 30 ° C NETD составляет менее 45 мК (наилучшее значение NETD 22 мК) в вакууме и 160 мК (наилучшее значение NETD 112 мК) в воздухе. Мы сравниваем измеренные значения NETD с предсказанными значениями в дополнительном примечании 3 и видим хорошее соответствие между ними (дополнительный рисунок 7 ).

Повышение добротности с помощью мембран из нитрида кремния

Мы изготовили устройства, состоящие из 15 мкм материала SMP, прикрепленного к высоконапорным (HS, около 1 ГПа) мембранам из нитрида кремния (SiNx), 1 мм × 1 мм × 150 нм с добротностью более 10000 в вакууме.Эти составные резонаторы имеют более высокую добротность и более низкую TCF, чем пустые SMP-резонаторы. Резонансная частота резонатора SiNx / SMP измеряется как 147637∓6 Гц и 144573∓6 Гц с добротностью 737∓8 и 1050∓4, при T ниже = 25 ° C и T sub = 30 ° С соответственно. Дополнительные сведения см. В дополнительном рис. 8 . TCF составляет ~ 0,4% при T ниже = 30 ° C.

На рисунке показан ИК-отклик SiNx / SMP-мембраны для ΔT bb = 5 ° C в источнике ИК-излучения.Температура подложки поддерживается на уровне T sub = 30 ° C, а резонатор работает в вакууме (~ 10 –3 Па). Измеряется частотный сдвиг Δf 3 ≈ 15 Гц.

Измерения NETD ИК-датчика SiNx / SMP. a Частотная характеристика композитного SiNx / SMP ИК-датчика в вакууме при T sub = рабочая температура 30 ° C, когда целевая температура периодически изменяется на ΔT bb = 5 °. b Измерения отклонения Аллана как функция времени интегрирования при T sub = 30 ° C для резонансного ИК-датчика SiNx / SMP в вакууме (~ 10 –3 Па)

На рисунке показаны измерения AD мембрана SiNx / SMP при T sub = 30 ° C. Нестабильность частоты улучшается на порядок по сравнению с резонаторами SMP за счет улучшенной добротности. Для времени интегрирования τ = 500 мс измеренное значение NETD составляет 6 мК.Тепловая постоянная времени также определяется как 311 ± 1 мс на основе модулированного отклика ИК-излучения. Эти же эксперименты были повторены с меньшими квадратными мембранами SiNx / SMP размером 500 × 500 мкм. На дополнительном рисунке 9 показаны результаты испытаний мембраны меньшего размера. NETD рассчитывается как 38 мК для времени интегрирования τ = 250 мс с тепловой постоянной времени 225 ± 6 мс. В таблице сравниваются характеристики резонансных датчиков IR SMP и SMP / SiNx разных размеров и для разных условий давления.

Таблица 1

Сравнение характеристик ИК-резонансных датчиков SMP и SiNx / SMP: измеренные TCF, NETD и постоянная времени для резонансных датчиков SMP и SiNx / SMP различных размеров и форм и в условиях вакуума или окружающей атмосферы

2 21030 ± 10 9030

Датчик Размер Состояние вакуума TCF [% K −1 ] NETD [мК] Постоянная времени [мс]
Круглый резонатор SMP радиус = мкм, мкм, = 10 мкм Высокий вакуум (~ 10 –3 Па) 1.2 22 376 ± 8
Круглый резонатор SMP радиус = 520 мкм, т = 10 мкм Воздух (1 атм) 1 160 SiNx / SMP квадратный резонатор длина = 1 мм, т = 150 нм Высокий вакуум (~ 10 –3 Па) 0,4 6 311 ± 1
SiNx / SMP квадратный резонатор длина = 500 мкм, т = 150 нм Высокий вакуум (~ 10 –3 Па) 0.5 38 225 ± 6

Обсуждение

Мы сообщаем о самом высоком TCF, зарегистрированном для резонансных ИК-детекторов, с сопоставимой чувствительностью прямого определения температуры (63 мкК для резонаторов SMP и 28 мкК для резонаторов SiNx / SMP) до или лучше, чем современные датчики температуры. Для ИК-зондирования мы измеряем NETD до 22 мК (в вакууме) и 112 мК (в воздухе), используя оптическую систему с числом f 2 (F # = 2) для голого резонатора SMP, имеющего радиус 520 мкм.Мы измеряем даже более низкую NETD (6 мК), используя композитные резонаторы SiNx / SMP. По сравнению с простыми резонаторами SMP, мы получаем 30-кратное увеличение добротности (с Q = 34 до Q = 1050) для резонаторов SiNx / SMP, что приводит к 10-кратному повышению стабильности частоты при T sub = 30 ° C. Однако TCF составного резонатора падает в 3 раза (с 1,2 до 0,4%) при T sub = 30 ° C. Резонаторы SiNx / SMP позволяют повысить чувствительность примерно в 3 раза.

Важно отметить, что мы можем улучшить эффективность сбора ИК-излучения, уменьшив f-число ИК-оптики. Мы могли бы улучшить чувствительность в 4 раза, изменив оптику на F # = 1. Есть возможность улучшить поглощение в два раза (например, за счет создания резонансной полости). Благодаря этим улучшениям, NETD упадет до 2,75 мК для резонатора SMP и до уровней субмК для резонаторов SiNx / SMP (теоретический анализ NETD см. На дополнительных рисунках 10 - 11 ; дополнительное примечание 2 ).

NETD ИК-датчика тесно связано со временем отклика датчика. Чем больше время отклика, тем выше чувствительность ИК-обнаружения. Мы разработали тепловую модель для анализа времени отклика датчика (дополнительные рисунки 12 - 14 ; дополнительное примечание 1 ). Тепловая постоянная времени (τth) резонатора SMP определяет время отклика датчика, которое может быть выражено как τth = CtotalGtotal, где Gtotal - общая теплопроводность, а Ctotal - теплоемкость резонатора SMP.Время отклика датчика пропорционально теплоемкости и обратной теплопроводности мембраны SMP. Наши резонаторы SMP имеют тепловую постоянную времени 376 ± 8 мс в вакууме и 210 ± 10 мс при атмосферном давлении.

Для уменьшения времени отклика необходимо уменьшить радиус и / или толщину мембраны, учитывая влияние обоих параметров на чувствительность через теплопроводность и площадь поглотителя. Например, уменьшение радиуса в 10 раз (с 520 мкм до 52 мкм) уменьшило тепловую постоянную времени почти в 100 раз в вакууме до 7 мс.

Мы продемонстрировали первое использование полимера с фазовым переходом в качестве механизма преобразования высокочувствительного ИК-резонансного датчика. Сам материал SMP обеспечивает механизм трансдукции, а также является хорошим поглотителем в диапазоне LWIR (7–14 мкм). Наши датчики SMP могут работать при атмосферном давлении с очень небольшой деградацией по сравнению с работой в вакууме из-за высокой чувствительности датчика SMP и высокой внутренней теплоизоляции. SMP могут быть структурированы с использованием установленных процессов MEMS для достижения размеров пикселей 50 мкм или меньше в больших массивах.Емкостное преобразование может использоваться для срабатывания и считывания. Мы предполагаем, что массивы резонаторов SMP или SiNx / SMP могут быть использованы в качестве неохлаждаемых ТГц детекторов благодаря высокой TCF (связанной со свойством материала) и низким уровнем шума (связанного с измерениями частоты).

Методы

Изготовление

Процесс изготовления мембраны SMP показан на дополнительном рисунке 15 . Для устройств, представленных в данной работе, мы использовали гранулы MM4520 SMP от SMP Technologies.Чтобы получить раствор для литья под давлением, гранулы SMP растворяют в ДМФ в весовом соотношении 1: 5 и перемешивают в течение ночи при 80 ° C. Производство начинается с (1) очистки листа полиэтилентерефталата (ПЭТ) размером A4, который используется в качестве подложки для мембраны SMP, и (2) отливки лезвия жертвенного слоя аморфного фторопласта Teflon ™ AF толщиной 100 нм (из Chemours Company) на этом листе ПЭТ, чтобы способствовать высвобождению мембраны SMP. (3) Раствор SMP наносят на временный слой с помощью аппликатора для нанесения покрытий Zehntner ZAA2300 .Каждому этапу литья предшествует обработка кислородной плазмой. После литья проходит стадия отверждения при 80 ° C на плитке в течение ~ 3 часов. Процесс продолжается (4) нанесением рисунка на мембрану SMP с помощью лазерного резака ( Trotec Speedy 300 ). (5) пластина из ПММА толщиной 1 мм используется для формирования подложки для резонатора, и на эту пластину из ПММА наносится адгезивный слой ( ARclear 8932EE, Adhesive Research ). (6) ЧПУ ( CNC Basic 540 из Step-Four ) используется для моделирования ПММА для формирования круглых отверстий для резонатора.После нанесения рисунка на подложку из ПММА и мембрану из SMP (7) их собирают вместе. Наконец, (8) лазерный резак используется для вырезания отдельных блоков резонатора.

Мембраны из нитрида кремния изготавливаются путем нанесения нитрида кремния с низким или высоким напряжением (SiNx) с помощью LPCVD на двустороннюю полированную пластину. Отверстия на тыльной стороне нитрида выполнены методами фотолитографии и плазменного травления. Затем для высвобождения мембран используют сквозное травление КОН. SMP толщиной 15 мкм наносят на мембраны с помощью центрифуги для формирования мембран SiNx / SMP.

Характеристики поглотителя

Измерения поглощения в инфракрасном диапазоне с преобразованием Фурье (FTIR) выполняются с помощью THERMO Nicolet 8700 FTIR на образцах без покрытия SMP. Измеряется спектр пропускания T . Затем спектр поглощения A непосредственно извлекается из следующего выражения: около 5% 51 .

Измерение

Дополнение На рис. 4 показана экспериментальная установка для обнаружения ИК-излучения. Резонаторы SMP прикреплены к пьезодисковым приводам ( Noliac — NAC 2014, Thorlabs — PA4FEW ) с помощью термоклея ( Fischer Elektronik — WLFT 404 23 × 23 ). Резонатор SMP на пьезодисковом исполнительном механизме закреплен на элементе Пельтье ( Multicomp - MCPE-127-10-25 ) с помощью того же термоклея. Коммерческая система ПИД-регулятора температуры ( Meerstetter Engineering GmbH - TEC-1091 ) контролирует и регулирует рабочую температуру резонаторов с помощью датчика температуры PT-100, который расположен на подложке из ПММА.Чтобы выбрать наборы параметров ПИД-регулятора, процесс автонастройки служебного программного обеспечения ПИД-регулятора используется для оптимизации системы.

Величина и фаза частотной характеристики резонаторов SMP измеряются с помощью лазерного доплеровского виброметра ( Polytec - MSV 400 ). Образцы помещают в вакуумную камеру, которая имеет оптическое окно из ZnSe без просветляющего покрытия ( Crystran LTD - ZNSEP50-3 ), чтобы обеспечить пропускание как ИК-излучения, так и красного лазерного излучения для считывания смещения.Видимый свет имеет нормальное падение на датчик, в то время как инфракрасное излучение имеет наклонное падение около 55–60 °. Коллиматорная установка 52 с двумя линзами из ZnSe с ИК-покрытием ( Thorlabs - LA7656-G-Ø1 "-f = 25,4 мм и LA7542-G-Ø1" -f = 50,1 мм) реализованы для получения контролируемой освещенности, которая не зависит от расстояния источник-цель, как показано на дополнительном рисунке 4 . Из-за нехватки места под LDV мы используем вторую линзу в коллиматоре с фокусным расстоянием 50.1 мм с диаметром 25,4 мм, что приводит к более низкой эффективности улавливания из-за использования линзы с числом f, равным 2. В качестве ИК-датчика используется резистивный нагреватель, окрашенный в черный цвет ( DBK — HP04-1 / 04-24 ). источник, расположенный перед вращающимся измельчителем ( Stanford Research Systems, SR540 ). ИК-мишень калибруется с помощью коммерческого ИК-термометра (PeakTech 4950), чтобы определить разницу температур между мишенью и окружающей средой.

Модулированное ИК-излучение от этой ИК-мишени проходит через систему ИК-линз и освещает резонатор SMP.Это вызывает изменение температуры в резонаторе, что изменяет его модуль Юнга и, следовательно, резонансную частоту, контролируемую LDV. Внутренний генератор синхронизирующего усилителя ( Stanford Research Systems, SR550 ) используется для привода пьезодискового привода на фиксированной частоте возбуждения (близкой к резонансу), в то время как выход LDV подключен к той же блокировке. в усилителе для отслеживания разности фаз между сигналом срабатывания и выходным сигналом датчика. Таким образом, изменение фазового сигнала пропорционально разнице температур между ножом прерывателя и ИК-мишенью.Этот фазовый сигнал преобразуется в частоту с использованием фазовой характеристики резонатора без обратной связи. Определяется наклон фазовой характеристики вблизи резонансной частоты (m = Δφ ∕ Δf), и этот наклон используется для преобразования фазы в частоту (ft = φ (t) ∕ m). Данные фазы и амплитуды синхронного усилителя собираются с помощью осциллографа ( Agilent Technologies, MSO9104A ). Для измерений ИК-отклика данных (рис.) Голых резонаторов SMP используется фильтр скользящего среднего ( N = 1001) для сглаживания данных, которые были получены с частотой сбора данных 25 кГц.Отклонение Аллана измеряется в разомкнутой конфигурации - постоянная частота привода. Резонаторы не облучаются ИК-излучением во время измерений. Мы следуем той же процедуре, что и в исх. 22 для расчета отклонения Аллана.

Для характеристики резонаторов SiNx / SMP используется та же экспериментальная установка, что и для резонаторов SMP. Однако мы используем другой синхронизирующий усилитель (UHFLI, Zurich Instruments) с большей полосой измерения. Отслеживание частоты напрямую измеряется с помощью петли фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).В этой системе ФАПЧ реализованы измерения частотного выхода резонаторов SiNx / SMP во время тестов обнаружения ИК-излучения и измерения отклонения Аллана. Остальная процедура эксперимента и методы расчета девиации Аллана такие же, как и для голых резонаторов SMP. Для данных измерений ИК-отклика (рис., Дополнительный рис. 9a, b ) используется фильтр скользящего среднего ( N = 101) для сглаживания данных, которые были получены с частотой сбора данных 1,8 кГц.

Ссылки

1. Фокс М., Гудхью С., Де Уайлд П. Обнаружение дефектов здания: внешняя и внутренняя термография. Строить. Environ. 2016; 105: 317–331. DOI: 10.1016 / j.buildenv.2016.06.011. [CrossRef] [Google Scholar] 2. Сиванандам С., Анбураджан М., Венкатраман Б., Менака М., Шарат Д. Медицинская термография: диагностический подход для диабета 2 типа, основанный на бесконтактном инфракрасном тепловизионном изображении. Эндокринная. 2012; 42: 343–351. DOI: 10.1007 / s12020-012-9645-8. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 3.Ким Дж. Х., Старр Дж. У., Латтимер Б. Сочетание стереофонического инфракрасного видения и радарного датчика для пожарного робота для визуализации сквозь дым. Fire Technol. 2015; 51: 823–845. DOI: 10.1007 / s10694-014-0413-6. [CrossRef] [Google Scholar]

4. Губе, Э., Кац, Дж. И Порикли, Ф. Отслеживание пешеходов с использованием теплового инфракрасного изображения. в Инфракрасные технологии и приложения XXXII 6206 , 62062C (Международное общество оптики и фотоники, 2006).

5. Гоуэн А.А., Тивари Б.К., Каллен П.Дж., МакДоннелл К., О’Доннелл С.П.Применение тепловидения в оценке качества и безопасности пищевых продуктов. Trends Food Sci. Technol. 2010; 21: 190–200. DOI: 10.1016 / j.tifs.2009.12.002. [CrossRef] [Google Scholar]

6. Фоллмер М. и Мёлльманн К.-П. Инфракрасное тепловидение: основы, исследования и приложения . (John Wiley & Sons, 2017).

7. Блэквелл, Р. Дж., Бах, Т., О’Доннелл, Д., Генечко, Дж. И Джозвик, М. Разработка микроболометров FPA с разрешением 17 мкм, разрешение 640 x 480 пикселей, компания BAE Systems. в Инфракрасные технологии и приложения XXXIII 6542 , 65421U (Международное общество оптики и фотоники, 2007).

8. Xu YQ, Wang YQ, Wu NJ, Игнатьев А. Тонкие пленки PZT, легированные Mn и Sb, для неохлаждаемой матрицы инфракрасных детекторов. Интегр. Сегнетоэлектр. 1999; 25: 21–30. DOI: 10.1080 / 10584589

0156. [CrossRef] [Google Scholar] 10. Адиян У., Чивитчи Ф., Ферханоглу О, Торун Х., Юри Х. ИК-термомеханический МЭМС-датчик с шагом 35 мкм и оптическим считыванием по переменному току. IEEE J. Sel. Верхний. Квантовая электроника. 2015; 21: 87–92. DOI: 10.1109 / JSTQE.2014.2384503. [CrossRef] [Google Scholar] 11. Рогальский А. Новые неохлаждаемые инфракрасные детекторы.Опто-Электрон. Ред. 2010; 18: 478–492. [Google Scholar] 12. Виг Дж. Р., Филлер Р. Л., Ким Ю. Неохлаждаемая матрица формирования изображений в ИК-диапазоне на основе кварцевых микрорезонаторов. J. Microelectromechan. Syst. 1996. 5: 131–137. DOI: 10.1109 / 84.506201. [CrossRef] [Google Scholar] 13. Хуэй Й., Гомес-Диас Дж. С., Цянь З., Алё А., Ринальди М. Плазмонный пьезоэлектрический наномеханический резонатор для спектрально-селективного инфракрасного зондирования. Nat. Commun. 2016; 7: 11249. DOI: 10,1038 / ncomms11249. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 14. Гохале VJ, Раис-Заде М.Неохлаждаемые инфракрасные детекторы с использованием нитрида галлия на кремниевых микромеханических резонаторах. J. Microelectromechan. Syst. 2014; 23: 803–810. DOI: 10.1109 / JMEMS.2013.2292368. [CrossRef] [Google Scholar] 15. Laurent L, Yon J-J, Moulet J-S, Roukes M, Duraffourg L. Электромеханический резонатор с шагом 12 мкм для измерения температуры. Phys. Rev. Appl. 2018; 9: 024016. DOI: 10.1103 / PhysRevApplied.9.024016. [CrossRef] [Google Scholar] 16. Као П., Тадигадапа С. Матрица инфракрасных детекторов на основе микромашинного кварцевого резонатора. Sens.Приводы Phys. 2009. 149: 189–192. DOI: 10.1016 / j.sna.2008.11.013. [CrossRef] [Google Scholar] 17. Чжан XC, Майерс Е.Б., Садер Дж.Э., Рукес М.Л. Наномеханические крутильные резонаторы для инфракрасного теплового зондирования со сдвигом частоты. Нано. Lett. 2013; 13: 1528–1534. DOI: 10.1021 / NL304687p. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 18. Ларсен Т., Шмид С., Вильянуэва Л.Г., Буазен А. Фототермический анализ отдельных образцов наночастиц с использованием микромеханических резонаторов. САУ Нано. 2013; 7: 6188–6193. DOI: 10.1021 / nn402057f.[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 19. Duraffourg L, Laurent L, Moulet J-S, Arcamone J, Yon J-J. Массив резонансных электромеханических наносистем: технологический прорыв в области создания неохлаждаемых инфракрасных изображений. Микромашины. 2018; 9: 401. DOI: 10,3390 / mi01. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

20. Виг, Дж. Р., Филлер, Р. Л. и Ким, Ю. Матрицы датчиков микрорезонаторов. in Proceedings of the 1995 IEEE International Frequency Control Symposium (49th Annual Symposium) , San Francisco USA 31 , 852–869 (1995).

21. Круз, П. В. Неохлаждаемое тепловидение: массивы, системы и приложения . 2003 (SPIE press Bellingham, 2001).

23. Hui, Y. & Rinaldi, M. Высокопроизводительный резонансный инфракрасный детектор NEMS на основе резонатора из нанопластин из нитрида алюминия. в Твердотельные датчики, исполнительные механизмы и микросистемы (ДАТЧИКИ и ЕВРОСЕНСОРЫ XXVII), 2013 г. Датчики и евродатчики XXVII: 17-я Международная конференция по 968–971 (IEEE, 2013).

25.Jeong J, Kumagai S, Yamashita I., Uraoka Y, Sasaki M. Микромеханический инфракрасный тепловой детектор, использующий крутильные колебания: улучшение профиля резонатора для повышения чувствительности. Jpn. J. Appl. Phys. 2015; 54: 04ДЕ07. DOI: 10.7567 / JJAP.54.04DE07. [CrossRef] [Google Scholar] 26. Ямадзаки Т., Огава С., Кумагаи С., Сасаки М. Новый инфракрасный детектор, использующий сильно нелинейную крутящую вибрацию. Sens. Actuators Phys. 2014; 212: 165–172. DOI: 10.1016 / j.sna.2014.02.013. [CrossRef] [Google Scholar] 27. Писани МБ, Рен К., Као П, Тадигадапа С.Применение микромашинного резонатора объемных акустических волн $ Y $ -cut-Quartz для инфракрасного зондирования. J. Microelectromechan. Syst. 2011; 20: 288–296. DOI: 10.1109 / JMEMS.2010.2100030. [CrossRef] [Google Scholar] 28. Оно Т., Вакамацу Х., Эсаши М. Тепловой резонансный датчик с параметрическим усилением и эффектом псевдоохлаждения. J. Micromechan. Microeng. 2005; 15: 2282. DOI: 10.1088 / 0960-1317 / 15/12/010. [CrossRef] [Google Scholar]

29. Гохале, В. Дж. И Райс-Заде, М. Чувствительные неохлаждаемые ИК-детекторы с резонаторами из нитрида галлия и поглотителями из нитрида кремния.в Proc. Твердотельные датчики, приводы и микросистемы, семинар 1–4, издатель: Transducers Research Foundation (2012).

30. Бель М., Лендлейн А. Полимеры с памятью формы. Матер. Сегодня. 2007; 10: 20–28. DOI: 10.1016 / S1369-7021 (07) 70047-0. [CrossRef] [Google Scholar] 31. Росситер Дж., Такашима К., Скарпа Ф., Уолтерс П., Мукаи Т. Полимерные ауксетические структуры с памятью формы с регулируемой жесткостью. Smart Mater. Struct. 2014; 23: 045007. DOI: 10.1088 / 0964-1726 / 23/4/045007. [CrossRef] [Google Scholar] 32.Се Ф, Хуанг Л, Ленг Дж, Лю Ю. Термореактивные полимеры с памятью формы и их композиты. J. Intell. Матер. Syst. Struct. 2016; 27: 2433–2455. DOI: 10.1177 / 1045389X16634211. [CrossRef] [Google Scholar] 33. Niu X и ​​др. Бистабильное срабатывание при больших деформациях взаимопроникающих полимерных сетей. Adv. Матер. 2012; 24: 6513–6519. DOI: 10.1002 / adma.201202876. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 35. Лю И, Ду Х, Лю Л., Ленг Дж. Полимеры с памятью формы и их композиты в аэрокосмической промышленности: обзор. Smart Mater.Struct. 2014; 23: 023001. DOI: 10.1088 / 0964-1726 / 23/2/023001. [CrossRef] [Google Scholar] 36. Бессе Н., Россет С., Сарате Дж. Дж., Ши Х. Гибкая активная оболочка: большие реконфигурируемые массивы индивидуально адресованных полимерных актуаторов с памятью формы. Adv. Матер. Technol. 2017; 2: 1700102. DOI: 10.1002 / admt.201700102. [CrossRef] [Google Scholar] 37. Лендлейн А., Лангер Р. Биоразлагаемые эластичные полимеры с памятью формы для потенциальных биомедицинских приложений. Наука. 2002; 296: 1673–1676. DOI: 10.1126 / science.1066102. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 38.Аксой, Б. и др. Решетки микрожидкостных клапанов с защелкой на основе полимерных приводов с памятью формы. Lab. Чип . 19 , 608–617 (2019). [PubMed] 39. Лендлейн А., Цзян Х., Юнгер О., Лангер Р. Светоиндуцированные полимеры с памятью формы. Природа. 2005; 434: 879. DOI: 10,1038 / природа03496. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 40. Гу X, Mather PT. Запоминание формы многоблочных термопластичных полиуретанов (TPU), управляемое водой Rsc Adv. 2013; 3: 15783–15791. DOI: 10.1039 / c3ra41337c. [CrossRef] [Google Scholar]

42.Шмид С., Вильянуэва Л. Г. и Роукс М. Л. Основы наномеханических резонаторов . (Springer, 2016).

43. Сираиси Н., Икехара Т., Дао Д.В., Сугияма С., Андо Ю. Изготовление и испытание полимерных консолей на содержание летучих органических соединений. датчики. Sens. Actuators Phys. 2013; 202: 233–239. DOI: 10.1016 / j.sna.2013.01.011. [CrossRef] [Google Scholar]

44. Робинс, У. П. Фазовый шум в источниках сигналов: теория и приложения. Vol. 9, (ИЭПП, 1984).

45. Larsen T, et al. Сверхчувствительные струнные датчики температуры.Прил. Phys. Lett. 2011; 98: 121901. DOI: 10,1063 / 1,3567012. [CrossRef] [Google Scholar] 46. Cagliani A, Pini V, Tamayo J, Calleja M, Davis ZJ. Сверхчувствительный термометр для работы при атмосферном давлении на основе микромеханического резонатора. Приводы Sens. B. Chem. 2014; 202: 339–345. DOI: 10.1016 / j.snb.2014.05.076. [CrossRef] [Google Scholar] 47. Тао Р. и др. Биморфные конструкции из материала / структуры для высокочувствительных гибких датчиков температуры на поверхностных акустических волнах. Sci. Отчет 2018; 8: 9052. DOI: 10.1038 / s41598-018-27324-1. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 48. Xu H, et al. Сверхчувствительный фотонный датчик температуры на базе микросхемы с кольцевыми резонаторными структурами. Опт. Выражать. 2014; 22: 3098–3104. DOI: 10.1364 / OE.22.003098. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 49. Чжан И, Цзоу Дж, Он Джи Дж. Датчик температуры с повышенной чувствительностью на основе кремниевого интерферометра Маха-Цендера с технологией индекса группы волноводов. Опт. Выражать. 2018; 26: 26057–26064. DOI: 10.1364 / OE.26.026057.[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 50. Джутзи Ф., Викаксоно ДХБ, Пандро Дж., Де Рой Н., Френч Пи Джей. Датчик дальнего инфракрасного диапазона с мембраной-поглотителем из низкотемпературного нитрида с высоким содержанием кремния, нанесенного методом LPCVD: Часть 2: тепловые свойства и чувствительность. Sens. Actuators Phys. 2009. 152: 126–138. DOI: 10.1016 / j.sna.2008.12.024. [CrossRef] [Google Scholar] 51. Линтерис Г., Заммарано М., Уилтан Б., Хансен Л. Поглощение и отражение инфракрасного излучения полимерами в огнестойких средах. Fire Mater. 2012; 36: 537–553. DOI: 10.1002 / fam.1113. [CrossRef] [Google Scholar]

52. Арнольд Д. Полевое руководство по инфракрасным системам , Детекторы и FPA , SPIE Press, 2-е изд. . Т. 10 (2010).

Высокоскоростной электрооптический модулятор с тройным микрокольцом

Принцип и оптический спектр

Микрокольцевой модулятор схематически показан на рис. 1 (а). Он состоит из трех колец 1, 2 и 3. Кольца 1 и 2 имеют одинаковую геометрию и работают как двойной микрокольцевый резонатор для накопления оптической энергии 12 .Кольцо 3 является компонентом пути обратной связи по энергии и используется для излучения света из порта A. Когда кольцо 3 настроено на резонанс, проходящий свет в канале B возвращается в полость. В этом случае резонанс кольца 3 такой же, как у колец 1 и 2. Когда кольцо 3 настроено на отключение от резонанса путем изменения показателя преломления, полость испускает свет из тракта обратной связи в порт A. Даже в таком выключенном состоянии кольца 1 и 2 сохраняют достаточную энергию фотонов в оптическом резонаторе, что является ключевым моментом для модуляции интенсивности связи.

Рисунок 1

Схема модулятора трехкольцевого резонатора. ( a ) Структура модулятора. ( b ) Сечение волновода. ( c ) Фундаментальное распределение мод TE. Длина волноводов L 0 = л 11 = л 12 = л 13 = 40 мкм, L 1 = л 2 = л 3 = л 4 = 240 мкм, L 5 = л 6 = 120 мкм, L 7 = л 8 = 240 мкм, L 9 = 80 мкм и L 10 = 400 мкм.Модель L 1 , L 2 , L 3 и L 4 выбраны для установки резонанса, близкого к длине волны 1550 нм. Интегральный коэффициент модального перекрытия Γ равен 0,525.

Для работы микрокольцевого резонатора с перестраиваемым показателем преломления использовался гибридный кремниевый и электрооптический (ЭО) полимерный микрокольцевый резонатор 21 .Ранее мы показали, что волноводный модулятор обеспечивает большой ЭО-эффект в устройстве. Измеренный коэффициент ЭО ( r 33 ) была выше 100 пм / В на длине волны 1550 нм. Благодаря относительно высокому показателю преломления гибридного волновода, кольцевой резонатор диаметром 100 мкм с высоким Q был реализован для применения модулятора кольцевого резонатора EO 22 . На рис. 1 (б) показано поперечное сечение гибридного волновода.В качестве сердцевины использовался ультратонкий кремний толщиной 48 нм и шириной 1,5 мкм. Затем он был покрыт слоем полимера ЭО толщиной 1,2 мкм. На рисунке 1 (c) показано рассчитанное распределение ТЕ-моды по волноводу. В такой геометрии волновод обеспечивает распространение света на границе слоев кремния и полимера ЭО, таким образом, волновод демонстрирует подходящее модальное перекрытие для модуляции ЭО. Распределение электрического поля непрерывно в вертикальном направлении, в то время как горизонтальные неоднородности на границах кремния существуют из-за большой разницы показателей преломления между кремнием и полимером ЭО.Основываясь на этих экспериментальных и теоретических свойствах, мы использовали метод ступенчатой ​​динамики для расчета модуляции интенсивности связи 23, 24 .

Коэффициент самосвязывания ( т кв.м ) и коэффициент перекрестной связи ( κ кв.м ) в точках сцепки м -й микрокольцо обозначено | т кв.м | 2 + | к кв.м | 2 = 1 для связи без потерь.Для расчета спектров оптического пропускания мы выбрали κ 1 = κ 2 = κ 3 = −0,4i, а потери передачи α = 4 дБ / см. Эффективный показатель преломления n eff волновода 1,643. Кольцо 3 настраивается благодаря ЭО свойству гибридного волновода. Согласно ожидаемому изменению показателя преломления (Δ n = 4 × 10 −4 ) в кольце 3, спектральное изменение выходных огней из портов A, B и C получается, как показано на рис.2. В порте A четкие состояния «ВКЛ» и «ВЫКЛ» можно увидеть на центральной длине волны 1550,02 нм. В модуляторе интенсивности связи двойной микрокольцевый резонатор накапливает оптическую энергию. Следовательно, спектры порта B показывают относительно высокие свойства - Q , имеющие 8,333 и 4,403 в состояниях «ВКЛ» и «ВЫКЛ», соответственно. Кроме того, модулятор преодолевает ограничение на время жизни фотонов резонатора.

Рисунок 2

Оптические спектры микрокольцевого резонатора. ( a ) При резонансе в кольце 3 и ( b ) вне резонанса путем добавления настройки показателя преломления Δ n = 4 × 10 −4 .{3} {r} _ {33} {\ rm {\ Gamma}} E \), где r 33 - коэффициент EO в устройстве, Γ - интегральный коэффициент модального перекрытия, E - приложенное электрическое поле 25 . Для простоты выбираем r 33 = 150 пм / В для установки r 33 Γ = 80 пм / В. Мы предполагаем, что электроды в геометрии копланарной полосы имеют зазор 4 мкм. Несоответствие скоростей между оптической волной и возбуждающей микроволной может быть выражено через разницу показателей.Мы установили разницу показателей равной 0,2 в качестве компромисса, принимая во внимание низкую диэлектрическую проницаемость полимера ЭО.

Для модуляции применяется синусоидальный электрический сигнал с размахом напряжения 2,0 В. Модулированные выходные сигналы с частотами 20 ГГц и 80 ГГц показаны на рис. 3. Напряжение смещения также применяется для установки модулятора на половине выходной точки для линейного электрического и оптического режима. Четкие формы выходных сигналов можно наблюдать на обеих частотах без каких-либо искажений.Амплитуда интенсивности света на частоте 80 ГГц немного меньше, чем на частоте 20 ГГц. На рис. 4 используются непрерывные частотные сигналы от 0,1 до 500 ГГц для определения свойства полосы пропускания модулятора. Максимальная глубина модуляции составляет 0,23 или 6,4 дБ. Такая глубина модуляции больше, чем сообщается для MZIMR, и сравнима с MZIMR 20 с фазовым кольцом. На рис. 4 есть область плато между 10 ГГц и 80 ГГц, которая предлагает большое окно полосы пропускания для приложения высокоскоростного модулятора.Глубина модуляции уменьшается на более высоких частотах, и модулятор демонстрирует полосу пропускания 3 дБ, равную 103 ГГц. Хотя MZIMR теоретически предсказал свойство неограниченной полосы пропускания 14,15,16,17,18 , ограничение частоты в нашем модуляторе предположительно является результатом индексной модуляции в кольце 3. Это приводит к спаду глубины модуляции при очень высоких значениях. частоты модуляции, потому что боковые полосы уменьшаются с увеличением частоты модуляции 15, 20 . Когда частота увеличивается до целого числа, кратного свободному спектру (FSR), модуляция вызывает значительное уменьшение циркулирующего поля в резонаторе 16 .На рис. 4 колебания и точки резонанса наблюдаются на частоте более 160 ГГц. Такое ограничение аналогично тому, которое существует в MZIMR 1, 20 с фазовым кольцом. Обратите внимание, что, принимая во внимание упомянутый выше эффект спада, частота в точке резонанса не является точным целым кратным FSR.

Рисунок 3

Модулированные выходные сигналы резонатора. Частоты модуляции - 20 ГГц и 80 ГГц. Здесь размах напряжения управляющего напряжения равен 2.0 В. Модулятор смещен, чтобы установить центр выходных сигналов на 0,5 по продольной координате.

Рисунок 4

Частотная характеристика резонаторного модулятора.

Свойства импульсной модуляции

Для аналоговой синусоидальной модуляции модулятор правильно смещен в половине выходной точки, как упомянуто выше. Следовательно, во время модуляции кольцо ворот всегда находится в «открытом» состоянии. В таком открытом состоянии скорость модуляции ограничена из-за уменьшения накопленной энергии и Q -фактора резонатора.С другой стороны, импульсная модуляция является решающим методом, который обеспечивает высокоскоростную цифровую передачу с помощью простых сигналов «0» и «1». Поскольку для этой модуляции не требуется регулирование напряжения смещения, в резонаторе может храниться больше энергии. Чтобы охарактеризовать реакцию на цифровые сигналы, мы сначала применили серию импульсов без возврата к нулю (NRZ) с чередованием «0» и «1» на модулятор микрокольца и рассчитали форму выходного сигнала. Затем мы использовали псевдослучайную последовательность NRZ для исследования глазковой диаграммы и BER.

На рисунке 5 показаны оптические выходы модулятора при подаче импульсного сигнала с интервалами 100 пс и 500 пс, которые соответствуют частотам повторения 10 Гбит / с и 2 Гбит / с, соответственно. Пиковое напряжение последовательности импульсов NRZ составляет 2,0 В. Видно, что амплитуды выходных световых сигналов для обеих скоростей сигнала почти одинаковы. Коэффициент ослабления составляет 20 дБ, что превосходит значение, указанное в предыдущем модулированном по интенсивности связи MZIMR 11, 20 . В обоих импульсных ответах видны небольшие колебания на переднем фронте сигналов.Такое колебание можно объяснить эффектом памяти микрокольца 16, 20 . В этой конструкции указатель кольца 3 настроен вместо κ 3 . Циркулирующее поле в кольце 3 подвергается непрерывной индексной модуляции и временной задержке. Следовательно, кольцо не может реагировать на быстрое изменение импульсного сигнала на переднем фронте и вызывает короткие колебания перед стабилизацией. Такое неожиданное искажение заметно в форме импульса на более высокой частоте.Хотя избыточный уровень шума достаточно мал, чтобы его можно было отфильтровать с помощью технологии обработки сигнала, использование меньшего кольца - еще одно решение для подавления таких колебаний.

Рисунок 5

Выход модуляции серии импульсов NRZ с интервалами между импульсами 100 и 500 пс. Последовательность импульсов NRZ состоит из чередующихся кодов «0» и «1» с напряжением 2,0 Vpp.

На рисунке 6 показаны глазковые диаграммы выходного сигнала при скоростях импульсной модуляции 120, 140 и 160 Гбит / с.Последовательность импульсов состоит из 2 23 -1 сигнала псевдослучайной битовой последовательности (PRBS) с размахом напряжения 2,0 В. Глазковые диаграммы четко открываются при каждой скорости модуляции. Модулятор показал очень низкий BER отклик с четкими передними и задними фронтами, точным выравниванием кода и небольшим дрожанием. Расчетные значения BER при этих скоростях меньше 1 × 10 -8 . С другой стороны, глазковые диаграммы становились нечеткими с увеличением BER, когда скорость модуляции увеличивалась более чем на 200 Гбит / с.

Рисунок 6

Глазковые диаграммы модулирующего выхода 2 23 -1 PRBS. Скорости модуляции составляют ( a ) 120 Гбит / с, ( b ) 140 Гбит / с и ( c ) 160 Гбит / с соответственно.

При анализе глазковой диаграммы отношение сигнал / шум ( SNR ) можно получить из исх. 26 год

$$ SNR = \ frac {{\ mu} _ {2} - {\ mu} _ {1}} {{\ sigma} _ {2} + {\ sigma} _ {1}} $$

(1)

где μ 1 и μ 2 - амплитуды глаз на нижнем и верхнем краях соответственно. σ 1 и σ 2 - шумы мкм 1 и μ 2 соответственно. На рис. 6 (a) SNR оценивается как 33,33 для 120 Гбит / с, а коэффициент ослабления составляет 16,84 из ER = 10 log ( μ 2 / мкм 1 ).Согласно классической формуле Шеннона, определенной как C = W log 2 (1 + SNR ), способность модуляции ( C ) предлагаемого микрокольцевого модулятора составляет 525 Гбит / с с использованием полосы пропускания ( W ). ) 103 ГГц. Хотя расчет теоретически основан на идеальных условиях, полученный результат подтверждает потенциально доступную сверхвысокую скорость отклика резонатора с тройным микрокольцом.

Теория кольцевого резонатора

Теория кольцевого резонатора
Далее: `` Стандартная модель '' для резонаторов: Up: Введение Предыдущая: Круглые оптические микрорезонаторы Содержание Для дальнейшего понимания рассмотрим типичную абстрактную настройку горизонтально соединенного кругового микрорезонатора, как показано на Рисунок 1.4. Два прямых волновода с непродолжительной связью. в полость. Для `` хорошо замкнутых '' мод прямого волновода и резонатора, можно ожидать, что взаимодействие между модами резонатора и портовые волноводные моды локализованы вокруг области ближайшего подход. Следовательно, устройство функционально разложено на две прямолинейно-гнутые. волноводные ответвители (I и II), соединенные между собой резонатором отрезками, т.е. кусками изогнутых волноводов. Внешние подключения обеспечивается прямыми волноводами.
Рисунок 1.4: Функциональная декомпозиция микрорезонатора на изогнуто-прямые волноводные ответвители (показаны пунктирной прямоугольники I и II), с прямым волноводом и изогнутым волноводом соединения.

В этой настройке, как объясняется в следующих параграфах, прогнозирование спектральный отклик резонатора требует описания светового распространение по сегментам полости, анализ отклика изогнутые прямые волноводные ответвители и, наконец, каркас для объединения этих отдельные модули для прогнозирования падения и пропускной способности.Последующие обсуждение в этом разделе предназначено для структур, содержащих мономодальные прямые волноводы и кольцевой резонатор. В главе 4 мы расширяем его на мультимодальная установка.


Подразделы

Далее: `` Стандартная модель '' для резонаторов: Up: Введение Предыдущая: Круглые оптические микрорезонаторы Содержание
Киранкумар Hiremath 2005-09-23

кольцевых резонаторов, объяснено энциклопедией RP Photonics; резонаторы, свойства, применения, резонаторы усиления, кольцевой лазер, OPO, фильтр, очиститель мод

Энциклопедия> буква R> кольцевые резонаторы

Определение: оптические резонаторы, в которых свет может независимо циркулировать в двух разных направлениях

Более общий термин: оптические резонаторы

Противоположный термин: линейные резонаторы, резонаторы стоячей волны

Немецкий: Ringresonatoren

Категория: оптические резонаторы

Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

Автор: Dr.Rüdiger Paschotta

URL: https://www.rp-photonics.com/ring_resonators.html

Оптические резонаторы могут быть выполнены в двух различных топологиях:

  • Линейные резонаторы (резонаторы стоячей волны) имеют два торцевых зеркала с перпендикулярным падением света. В этом случае циркулирующий свет неизбежно будет иметь два встречных компонента.
  • Кольцевые резонаторы не имеют торцевых зеркал; ни одно из зеркал резонатора не отражает свет обратно в себя.

В качестве примера на рисунке 1 показан кольцевой резонатор, в котором свет вводится через частично пропускающее зеркало, а свет выводится через другое зеркало:

Рисунок 1: Кольцевой резонатор с внешним входом света через частично пропускающее зеркало и выходное зеркало ответвителя.

Обратите внимание, что падающий свет приводит к циркуляции света в резонаторе только в одном направлении. Таким образом, в верхнем правом углу получается один выходной луч.

Если пропускание обоих плоских зеркал одинаково и два изогнутых зеркала обладают высокой отражающей способностью, у нас есть согласование импеданса в резонансе: вся падающая мощность передается на другую сторону, и фактически нет отраженной мощности, потому что непосредственно отраженная составляющая и свет, выходящий из резонатора, подавляют друг друга за счет деструктивной интерференции.

Кольцевые резонаторы различных форм

Кольцевые резонаторы могут быть образованы путем объединения некоторых лазерных зеркал, как показано выше. Однако есть и другие возможности:

Фигура 2: Настройка неплоского кольцевого генератора.
  • Можно использовать полное внутреннее отражение. Это сделано, например, для неплоских кольцевых генераторов (см. Рисунок 2). Ref. В [4] приводится другой пример, в котором используется связь затухающей волны с призмой. Этот механизм обеспечивает различную степень сцепления.
  • Волоконно-оптический кабель можно использовать для создания кольцевого волоконного резонатора. Таким образом можно реализовать резонаторы с очень большим временем обхода. Волоконный соединитель может использоваться для ввода света в резонатор или для его вывода.
  • Сферический кусок стекла можно использовать в качестве кольцевого резонатора, демонстрируя так называемые моды шепчущей галереи. Связь возможна с помощью призмы с использованием кратковременных волн.
  • Имеются микрокольцевые полости, которые реализованы со встроенной оптикой в ​​виде волноводных структур.Здесь можно использовать затухающую волну связи с прямым волноводом, проходящим через кольцо на близком расстоянии.

Отличия от линейных резонаторов

Кольцевые резонаторы по своим свойствам отличаются от линейных резонаторов по различным параметрам:

  • Отраженный свет никогда не вернется прямо к своему источнику, потому что у нас нет нормального падения на какие-либо зеркальные поверхности. Это может быть существенным преимуществом кольцевого резонатора, который используется, например, в качестве очистителя мод для лазера, который в противном случае мог бы раздражаться отраженным назад светом.
  • Когда циркулирующий свет попадает на изогнутое (фокусирующее или расфокусирующее) зеркало резонатора, это вносит некоторый астигматизм, поскольку нормального падения не может быть. (Диоптрическая сила изогнутого зеркала различается в тангенциальном и сагиттальном направлениях.) Часто этот астигматизм пытаются минимизировать, используя малые углы падения. Поэтому обычно используется геометрия кольцевого резонатора типа «бабочка», как показано, например, на рисунке 1, а не, например, прямоугольная геометрия с углом падения зеркал 45 °.
  • В кольцевом резонаторе свет может независимо циркулировать в двух разных направлениях, если не введена некоторая связь, например паразитными отражениями. Пока поддерживается однонаправленная работа, можно избежать присутствия встречного света в кольцевом резонаторе (кроме близких к зеркалам резонатора, где есть некоторое перекрытие падающего и отраженного лучей). Таким образом, исключаются эффекты прожигания пространственных отверстий. Это актуально для некоторых лазеров (см. Ниже).
  • Кольцевой резонатор имеет только одну зону устойчивости e.грамм. относительно диоптрической силы тепловой линзы лазерного кристалла. У линейных резонаторов есть две такие зоны устойчивости.

Применение кольцевых резонаторов

Резонансные резонаторы

Резонансные резонаторы используются в различных приложениях, где можно использовать значительное увеличение циркулирующей оптической мощности.

Особенно важным применением является удвоение резонансной частоты. Здесь часто предпочтительна геометрия кольцевого резонатора (см. Рис. 3), так как она позволяет избежать обратного отражения света в направлении лазерного источника, и можно легко объединить практически весь свет с удвоенной частотой на одном зеркале (обычно в одном зеркале). сразу после нелинейного кристалла).

Рисунок 3: Удвоитель резонансной частоты. Нижнее левое зеркало должно частично пропускать падающий свет накачки, в то время как другие зеркала должны полностью отражать свет накачки. Нижнее правое зеркало должно полностью пропускать удвоенный по частоте свет.

Кольцевые лазеры

В качестве примера на рисунке 4 показан кольцевой лазерный резонатор, содержащий лазерный кристалл и изолятор Фарадея:

Рисунок 4: Кольцевой лазерный резонатор, в котором однонаправленная работа обеспечивается оптическим изолятором.

В то время как большинство лазеров реализовано с использованием линейных резонаторов, которые ориентировочно проще в сборке, в некоторых ситуациях предпочтительны кольцевые лазерные резонаторы:

Оптические параметрические генераторы

Аналогичным образом кольцевые резонаторы используются для параметрических генераторов оптики (OPO). Здесь обычно используется резонанс либо для сигнальной лампы, либо для холостой волны. В некоторых случаях реализуется двухрезонансный ПГС, в котором резонансны и сигнал, и холостой ход.

Фильтрация и обработка сигналов

Есть несколько вариантов применения кольцевого резонатора в качестве оптического фильтра.Например, в интегральной оптике можно реализовать крошечные кольца, которые соединены со всеми прямыми волноводами с противоположных сторон. Только когда входной свет в волновод является резонансным, он входит в кольцо и попадает в другой волновод, в то время как свет со всеми оптическими частотами передается по первому волноводу. Такие методы могут использоваться, например, для оптоволоконной связи с мультиплексированием с разделением по длине волны.

Генерация частотной гребенки

Для создания гребенок частот используются специальные виды кольцевых резонаторов [7, 8].

Вопросы и комментарии пользователей

Здесь вы можете оставлять вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о приеме на основании определенных критериев. По сути, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы скоро удалили его. (См. Также наше заявление о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личный отзыв или консультацию от автора, свяжитесь с ним e.грамм. по электронной почте.

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами. (Если вы позже откажетесь от своего согласия, мы удалим эти данные.) Поскольку ваши материалы сначала проверяются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

Библиография

[1] Т. Дж. Кейн и Р. Л. Байер, «Монолитный однонаправленный одномодовый кольцевой лазер Nd: YAG», Опт. Lett. 10 (2), 65 (1985), DOI: 10.1364 / OL.10.000065
[2] W. W. Chow et al. , «Кольцевой лазерный гироскоп», Ред. Мод. Phys. 57, 61 (1985), DOI: 10.1103 / RevModPhys.57.61
[3] S. De Silvestri et al. , “Эффекты стержневого термолинзирования в кольцевых резонаторах твердотельных лазеров”, Опт. Commun. 65 (5), 373 (1988), DOI: 10.1016 / 0030-4018 (88)

-X

[4] K. Fiedler et al. , “Высокоэффективное удвоение частоты с помощью двухрезонансного монолитного кольцевого резонатора полного внутреннего отражения”, Опт.Lett. 18 (21), 1786 (1993), DOI: 10.1364 / OL.18.001786
[5] L.E. Nelson et al. , «Волоконные кольцевые лазеры ультракоротких импульсов», Прил. Phys. B 65, 277 (1997), DOI: 10.1007 / s003400050273
[6] K. I. Martin et al. , «Стабильная, мощная, одночастотная генерация на длине волны 532 нм от кольцевого лазера на Nd: YAG с диодной накачкой и внутрирезонаторным удвоителем частоты LBO», Прил. Опт. 36 (18), 4149 (1997), DOI: 10.1364 / AO.36.004149
[7] I. Demirtzioglou et al. , «Генерация частотной гребенки в модуляторном кремниевом кольцевом резонаторе», Опт. Express 26 (2), 790 (2018), DOI: 10.1364 / OE.26.000790
[8] М. Чжан, «Генерация широкополосной электрооптической частотной гребенки в микрокольцевом резонаторе из ниобата лития», Nature 568, 373 (2019), doi: 10.1038 / s41586-019-1008-7
[9] Р. Пашотта, пример кольцевого резонатора с программным обеспечением RP Resonator

(Предлагайте дополнительную литературу!)

См. Также: оптические резонаторы, кольцевые лазеры, резонаторы стоячей волны, лазерные резонаторы
и другие товары в категории оптические резонаторы

Если вам понравилась эта страница, поделитесь ссылкой со своими друзьями и коллегами, e.грамм. через соцсети:

Эти кнопки обмена реализованы с учетом конфиденциальности!

Код для ссылок на других сайтах

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем веб-сайте, в социальных сетях, дискуссионном форуме, Википедии), вы можете получить здесь требуемый код.

HTML-ссылка на эту статью:

   
Статья о кольцевых резонаторах

в
Энциклопедия фотоники RP

С изображением для предварительного просмотра (см. Рамку чуть выше):

   
alt = "article">

Для Википедии, например в разделе «== Внешние ссылки ==»:

  * [https://www.rp-photonics.com/ring_resonators.html статья 
о кольцевых резонаторах в энциклопедии RP Photonics]
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *