شما واقعاً بیشتر از آنچه که فکر می کنید می دانید فضای نیروی مغناطیسی دار فقط یک اسم است که دانشمندان به یک دسته ای از انواع تشعشعات می دهند و همچنین وقتی که آنها می خواهند درباره آن تشعشعات به صورت گروهی صحبت کنند تشعشع انرژی است که به سمت جایی مشخص مسیری را می پیماید و گسترش می یابد تشعشعات قابل رویتی که از یک لامپ در خانه شما تشعشع می کنند یا ام

 میدان های الکترومغناطیسی

موضوع 1:

طیف وابسته به نیروی مغناطیسی

اندازه گیری فضای دارای نیروی مغناطیسی

شما واقعاً بیشتر از آنچه که فکر می کنید می دانید- فضای نیروی مغناطیسی دار فقط یک اسم است که دانشمندان به یک دسته ای از انواع تشعشعات می دهند و همچنین وقتی که آنها می خواهند درباره آن تشعشعات به صورت گروهی صحبت کنند- تشعشع انرژی است که به سمت جایی مشخص مسیری را می پیماید و گسترش می یابد- تشعشعات قابل رویتی که از یک لامپ در خانه شما تشعشع می کنند یا امواج رادیویی که از سمت یک ایستگاه رادیویی می آیند در حقیقت I نوع از انواع تشعشعات نیروی مغناطیسی هستند- مثالهای دیگر تشعشعات الکترومغناطیسی امواج خیلی کوچک مغناطیسی، اشعه مادون قرمز و روشنایی ایجاد شده بوسیله اشعه ماورابنفش و همچنین اشعه x و اشعه گاما هستند- بیشتر اجسام دارای انرژی گرم هستند و حتی تشعشع دارای انرژی بالاتری نسبت به اجسام سرد ایجاد می کنند- فقط گرمای خیلی زیاد اجسام یا حرکت ذرات در یک سرعت بالا می تواند تشعشع انرژی بالا مانند اشعه x و اشعه گاما ایجاد کند- در اینجا تشعشعات متفاوت فضای الکترومغناطیسی وجود دارد و در عمل از کمترین به بیشترین انرژی هستند.

موج رادیویی: بله این شبیه امواج انرژی رادیویی است که ایستگاههای رادیویی منتشر می کنند که این انتشار به سوی هوا و برای تسخیر و توسعه و پخش از رادیو می باشد که شما می توانید صدای برگزیدگان خود مانند موزارت، مدونا و یا موسیقیهای کولیو را گوش کنید و لذت ببرید- امواج رادیویی همچنین توسط چیزهای دیگر از قبیل ستارگان و گازها در فضا فرستاده می شوند- شما قادر نیستید بفهمید که چه چیزی به این اجسام فرستاده می شود اما شما می توانی بفهمی که به چه میزان آنها ساخته می شوند.

امواج کوچک: آنها ذرت بو داده را در مدت زمان کمی می پزند- در فضا امواج کوچک توسط ستاره شناسان برای یادگیری درباره قواعد کهکشان راه شیری که راه شیری را در بر می گیرند به کار برده می شوند.

اشعه مادون قرمز: ما اغلب فکر می کنیم که این با چیزی شبیه گرما شروع می‌شود زیرا پوستمان را سرخ می کند - در فضا موقعیت امواج مادون قرمز بین ستاره ها می‌باشد.

قابل رویت: بله این مربوط به قسمتی است که چشمهای شما می بیند- امواج مرئی توسط هر چیز از آتش در حال تشعشع که به روشنایی ستاره ها و لامپها منجر می‌شود، تولید می شود- همچنین توسط حرکت سریع ذرات، ذرات دیگر گرم می شوند.

اشعه ماورابنفش: ما می دانیم که خورشید یک منبع ماورابنفش است- زیرا آن دارای اشعه های ماورابنفش است که پوستمان را می سوزاند- ستاره ها و دیگر اجسام داغ در فضا اشعه ماورابنفش می فرستند.

اشعه x: دکتر عمومی این اشعه را برای نگاه کردن در استخوانهای شما به کار می‌برد و دندانپزشک برای نگاه کردن در دندانهایتان از اشعه x استفاده می کند- گازهای داغ موجود در دنیا نیز اشعه x می فرستند.

اشعه گاما: اجسام رادیویی فعال (بعضی از اجسام طبیعی ودیگر چیزهایی که توسط چیزهایی شبیه هسته کارخانجات قدرت ساخته می شوند) می توانند اشعه گاما بفرستند- ذره بزرگ شتاب دهنده را دانشمندان برای فهمیدن اینکه چه جسم ساخته شده ای می تواند اشعه گاما تولید کند، به کار می برند- اما بزرگترین مولدهای اشعه گاما همگی در دنیا وجود دارد- آن اشعه گاما را به طرق مختلف می سازد.

یک موج رادیویی، یک اشعه گاما، اشعه موج کوچک یا یک اشعه x نیست یا چه چیزی می باشد؟

امواج رادویی، امواج مرئی، اشعه x و دیگر اقسام طیفهای الکترومغناطیسی شبیه چیزی مانند اشعه الکترومغناطیس بنیادی هستند. ما ممکن است فکر کنیم که امواج رادیویی کاملاً متفاوت از اجسام فیزیکی یا حتی اشعه گاما ایجاد شده هستند. آنها به طرق مختلف ساخته می شوند و ما آنها را به طرق مختلف آشکار می کنیم. اما آیا آنها واقعاً چیزهای متفاوتی هستند؟ جواب این است «خیر»، امواج رادیویی. امواج مرئی و اشعه x و دیگر اقسام طیف الکترومغناطیسی بنیادی هستند. آنها همگی تشعشع الکترومغناطیسی هستند. تشعشع الکترومغناطیسی می تواند در اقسام مختلفی از فوتونهای جاری شروع شود، که ذرات حجم کوچک هر کدام در یک موج خاصی سفر می کنند که این سفر شبیه حرکت در سرعت نوری می باشد.

هر فوتون شامل یک مقدار معین (یا مجموعه ای) از انرژی می باشد و همه تشعشعات الکترومغناطیسی شامل این فوتونها هستند. تنها تفاوت بین اشعه های الکترومغناطیسی مقدار انرژی پیدا شده در فوتونهای آنها می‌باشد- امواج رادیویی دارای فوتونهای با انرژی کم هستند و امواج کوچک دارای کمترین مقدار انرژی در بین امواج الکترومغناطیسی هستند. اشعه مادون قرمز دارای انرژی بیشتری از امواج کوچک است و سپس امواج مرئی و اشعه ماورابنفش و اشعه x و در نهایت اشعه گاما دارای بیشترین انرژی می باشند.

طیف الکترومغناطیسی می تواند در انواع مختلف طول، موج، فرکانس و... بیان گردد. واقعاً طیف الکترومغناطیسی می تواند در انواع مختلف انرژی، فرکانس و یا طول موج شرح داده شود- هر راه قابل فکر درباره امواج الکترومغناطیسی به بقیه امواج در یک راه دقیق ریاضی نسبت داده می شود. بنا بر این چرا ما 3 راه شرح دادن داریم؟ و هر کدام نیز 1 مجموعه واحد فیزیکی متفاوت دارند؟

در آخر فرکانس به صورت سیکل بر ثانیه اندازه گیری می شود (که هرتز نامیده می‌شود) و طول موج برحسب متر و انرژی برحسب الکترون ولت سنجیده می شود. جواب این است که دانشمندان نمی خواهند ارقام بزرگ را بکار ببرند وقتی که به آنها دسترسی ندارند- گفتن یا نوشتن 2 کیلومتر یا 2km راحت‌تر از 2000 یا دو هزار متر است. عموماً دانشمندان واحدهایی که راحت‌تر هستند را برای هر آنچه که آنها با آن کار می کنند را بکار می برند- درعلوم نجوم رادیویی، منجمین گرایش به استفاده از فرکانس یا طول موج دارند. دلیل آن نیز این است که بیشتر اقسام رادیویی امواج الکترومغناطیسی در طیفی از cm1 تا km1 و HZ1 تا GHZ1 هستند. امواج رادیویی یک قسمت پهناوری از مجموعه طیف الکترومغناطیسی می باشد. منجمین اشعه مادون قرمز، همچنین طول موج را برای شرح قسمتهای مختلف طیف الکترومغناطیسی به کار می برند. آنها گرایش به استفاده از میکرون یا یک میلینیوم متر برای طول موج دارند بنابراین آنها می توانند رنج الکترومغناطیسی را محدوده ای از 1 تا 100 میکرون بگویند.

منجمین نوری طول موج را به خوبی استفاده می کنند. در عمل نسخه CGS استاندارد سیستم آنگستروم بود که به کار برده می شد. آنگستروم معادل 0000000001/0 (¹⁰ 10/1) متر می باشد. در جواب اگر نسخه SI استاندارد سیستم باشد ما فکر می کنیم نور مرئی در واحدهای نانومتر یا 000000001/0 (m^9-10) باشد. در این سیستم ها می دانیم که سرعت و همچنین نورهای سبز و زرد و نارنجی و آبی و قرمز طول موجی بین 400 تا 700 نانومتر دارند. این رنج فقط یک قسمت کوچک از تمام طیف الکترومغناطیسی می باشد.

همچنین شما می توانی بگویی روشنایی که می بینیم فقط یک قسمت کوچک از همه تشعشعات الکترومغناطیسی اطرافمان می باشد. زمانی که شما به فضای اشعه ماورابفنش یا اشعه x یا اشعه گاما از طیف الکترومغناطیسی دسترسی پیدا می کنی، طول کوچک می شوند که به نظر ما می آید که خیلی کوچک شده باشند.

بنابراین دانشمندان این فوتونها برحسب انرژیهایشان را، ترجیح می دهند که برحسب الکترون ولت سنجیده شوند- اشعه ماورابنفش در رنجی از کمتر از 1 الکترون ولت تا 100 الکترون ولت قرار دارد. فوتونهای انرژی در اشعه x در رنجی بین ² 10 الکترون ولت تا ⁵ 10 الکترون ولت می باشند. در آخر اشعه گاما دارای بیشترین انرژی فوتون می باشد که مقدار آن بیشتر از ⁵ 10 الکترون ولت می باشد.

چرا ما به فضا برای دیدن طیف الکترومغناطیسی می رویم؟

تشعشعات الکترومغناطیسی از فضا نمی توانند به سطح زمین برسند البته به جز امواج دارای طول موج کوتاه از قبیل طیف امواج مرئی و فرکانسهای رادیویی- منجمین به راحتی می توانند در بالای جو زمین به مشاهده اشعه مادون قرمز از نوک قله‌ها ما یا توسط تلسکوپهای قرار گرفته در داخل هواپیماها دسترسی پیدا کنند- آزمایشات همچنین می تواند در ارتفاعی به بلندی km35 توسط بالنهایی که می توانند برای ماههای متمادی فعال باشند، انجام پذیرد. راکتهای پرنده می توانند همه راههای بالای جو زمین را فقط برای چند دقیقه قبل از اینکه به زمین برسند در بر بگیرند. اما یک اصل اولیه خیلی مهم در ستاره شناسی و فیزیک نجومی فقط درباره آن لحظاتی می‌باشد که قابل مشاهده است. برای دوره مشاهده طولانی تا کنون بهترین آنها این است که دتکتور روی یک مسیر ماهواره ای باشد و همه چیزهای بالای آن را بگیرد.

تصویر عمودی مناطق مختلف طیف الکترومغناطیسی و دیگر استفاده های مشترکشان با طراحی در کاری برای دوره مکمل انجام می شود. دانشمندان فیزیولوژی در فضا توسط Barbar.F.Lujcan و Roland.J.White با یک اجازه آن را به کار بردند. تصویر اینکه دنیا یک سرویس از انرژی بالای علم فیزیک نجومی بایگانی شده است سخت است ولی دکتر نیکلاس وایت در مرکز تحقیقاتی علمی نجومی سازمان فضایی NASA راجع به علم فیزیک نجومی و علم ستاره شناسی به همراه دیگر دستیارانش تحقیقات گسترده ای را انجام می دهد.

تیم علمی:

رهبر پروژه: دکتر جیم لوکنر

کتابداری پروژه: جیردی بین

دفتر پاسخگویی ناسا: دکتر فیل نیومن

موضوع 2:

برای فهمیدن میدانهای الکتریکی و میدانهای الکترومغناطیسی شما نیاز دارید که بدانید چگونه بارها (بارهای مثبت و منفی) به همدیگر برای حرکت شکل می دهند. ماوس را در هر جای این متن کلیک کنید. شما یک الکترون خلق کرده اید. آن یک ذره با بار منفی است و مقدار بزرگی نیست. افسوس، اما فقط آن به سمت بار مثبت کشیده می شود و بلعیده می شود.

دلیل آن این است که بار مثبت به طور غیر محسوس به کار برده می شود، نیرویی که روی یک الکترون عمل می کند، نیروی الکتریکی نامیده می شود. سعی کنید الکترون را در جاهای مختلف قرار دهید. چه مدتی می توان آنرا تنها نگه داشت؟ اگر آنرا نزدیک به یک جعبه بگذارید پس آن در کمترین مدت جذب می شود. بله نیروی الکتریکی شبیه یک چشمه غیر مرئی است اما هر چقدر بارهای مثبت دورتر از هم حرکت کنند یک چشمه ضعیفتری آنها را به سمت هم می کشد.

حالا وقتی که شما الکترون را در مقدار کمی پرتاب می کنید ببینید چه اتفاقی می‌افتد. این کار را در جایی که نشسته اید مورد بررسی قرار دهید. برای انجام این کار کلیک ماوس را در جهتی دلخواه بکشید. خط، جهت پرتاب را نشان می دهد و طول، سرعت آن را نشان می دهد. اگر آن را فقط مستقیم پرتاب کنیم الکترون مداری دور پروتون می زند و هیچ وقت در هم شکسته نمی شود. شما فقط یک مدل بنیادی از یک اتم را ایجاد کرده اید. آیا وقتی که الکترون با یک سرعتی حرکت می کند این مفهوم را می رساند که نیروی الکتریکی متفاوت است؟

جواب این است خیر، قدرت یا کشش فقط بستگی به جایی دارد که گذاشته می‌شود نه به سرعت آن- اما حرکت یک الکترون به هر دوی نیرو و سرعت الکترون بستگی دارد که اغلب جهتهای متفاوت هستند. وقتی که شما 1 بار کلیک می کنید ببینید چه اتفاقی روی صفحه نمایش رخ می دهد و سپس یک الکترون در یک جهتی با سرعت متفاوت ، پایین گذاشته می شود.

موضوع 3

منبع راهنما یک ابزاری برای حل رازهای مادی است. چرا دانشمندان منبع راهنما را به کار می برند؟ اندازه آن به اندازه زمین فوتبال است. سعی کنید قواعد کوچک اتم و الکترونها را یاد بگیرید. چه چیزی به این مفهوم نزدیک می شود؟ ALS یک پژوهش آسان است که توسط دانشمندان برای موارد زیر به کار برده می شود:

1- تحقیق مشخصات اجسام 2- تحلیل نمونه هایی برای رسم عناصر 3- کاوش قوانین اتم و مولکولها 4- مطالعه نمونه های زیستی 5- تحقیق درباره واکنشهای شیمیایی 6- ساختن میکروسکوپهای ماشینی.

ALS اشعه x پایه با کیفیت مخصوصی تولید می کند. دانشمندان این اشعه های x را به عنوان ابزاری برای انجام کارشان فقط مانند دندانپزشکان که اشعه x را به عنوان ابزاری به کار می برند استفاده می کنند. بیشتر دانشمندان روی پروژه های مختلفی کار می کنند که می توانند ALS را در همان زمان به کار ببرند. برای مثال یک دانشمند ممکن است نمونه های تیره را برای مقادیر کوچک 1 پادزهر به کار ببرد، در حالیکه دیگری ممکن است اطلاعات مقدماتی از یک پلیمر برای فهمیدن اینکه چطور مولکولها چیده می شوند باشد. چرا ALS خیلی بزرگ است؟

برای تولید مرئی طول موج و روشنایی که دانشمندان می خواهند، طراحان ALS یک ماشین بزرگ طراحی می کنند- در حقیقت اشعه های x طول موج کوتاهی نسبت به امواج مرئی دارند اما هر دو مرئی هستند و اشعه الکترومغناطیسی نامیده می شوند ALS دارای یک انبار حلقه با قطری برابر 3/2 طول زمین فوتبال می باشد. انباره حلقه یک اتاق خلا لوله ای است که برای کارهای زیر ساخته شده است:

1- نگهداشتن بیم‌الکترونی که سرتاسر آن را باسرعتی معادل سرعت نور طی‌می‌کند.

2- نگهداشتن انرژی مرئی بیم الکترون.

به عنوان الکترونهای دایره ای حلقه، آنها نامرئی می شوند. حلقه باید خیلی بزرگ باشد تا بتواند بیم الکترون در 1.5-1.9 بیلیون الکترون ولت طول موج و روشنایی مطلوب ایجاد کند. برای اطلاعات بیشتر قطعات ALS را ببینید. در حقیقت روشنایی توسط ماشینهایی که شبیه ALS عمل می کنند بوجود می آید که دستگاه تقویت و تسریع ذرات باردار الکترونی نامیده می شود. در شکل دیاگرام طبقه ALS را می‌بینید. چرا روشنایی از ALS یک ابزار مناسب است؟ ALS روشنایی را در چشمه های فضای الکترومغناطیسی اشعه x نرم و اشعه ماورابنفش سخت تولید می کند. روشنایی (نور) طول موجی بین 0001/0 میکرومتر تا 1/0 میکرومتر دارد. چه جسمی در طول به یک میکرومتر نزدیک است؟ یک زیر دریایی، یک مورچه، قطر موی سر یک انسان یا یک ویروس، در اینجا بر بعضی از دلایل مبتنی بر خوبی ALS به عنوان ابزاری برای تحقیقات مادی اشاره می کنیم. 1- نور از ALS می تواند به اجسام نفوذ کند، همانطور که دندانپزشک شما اشعه x را برای دیدن داخل دندان شما به کار می برد. دانشمندان نور تولید شده توسط ALS را برای دیدن اجسام داخل یک جسم به کار می برند.

موضوع 4:

حالا که می دانیم چطور بارهای الکتریکی منفعل می شوند پس می توانیم یک بحث کلی را درباره میدانهای نیروی الکتریکی و خطوط نیرو انجام دهیم. قبلاً اقسام آن را شنیده ام اما مطمئن نسیتم بتوانم آن را بفهمم. به نظر می آید یک میدان نیرو در هر قسمتی از یک ستاره وجود دارد. آن شبیه دیوار غیر مرئی است که هر چیزی نمی‌تواند به آن نفوذ کند. آیا آن واقعاً یک نیروی میدانی است؟ نه به طور دقیق- در یک فیزیک یک نیروی میدان یک راهی برای تجسم اثر بارهای الکتریکی روی یکدیگر می باشد. به جای صحبت درباره نیروی یک بار مثبت روی الکترون ما می توانیم بگوییم بار یک نیروی میدانی در فضای خالی اطراف آن ایجاد می شود. هر یک از الکترونها در هر جای این نیروی میدانی به سمت بار مثبت کشیده می شود.

یک بار مثبت به سمت پایین کشیده می شود و در همانجایی که فشار می آید قرار می گیرد. امتحان پایین گذاشتن الکترونها یا ماوس راهی برای دیدن نقاط میدانی و نیرومندی آن می باشد. خطوط اشاره در جهتی که الکترون حرکت خواهد کرد می‌باشد و طول خطوط مقدار نیروی جریان در محل را نشان می دهد. شما می توانید ماوس را بکشی و یا می توانی کلید R روی صفحه کلید کامپیوترتان را برای نشاندن الکترونها فشار دهی- برای قرار دادن یک الکترون کلیک کنید و برای قرار دادن مقداری از آنها ماوس را بکشید. Delete را برای شروع فشار دهید، کلید R را برای جمع یک گروه تصادفی از الکترونها فشار دهید. کلید L را برای نشان دادن تمام نیروی میدان فشار دهید. بسیار خوب اما نمی فهمم که یک نیروی میدان چه چیزی است؟ (اگرچه آن یک بسطی برای فکر کردن یک نیروی میدان به عنوان 1 ویژگی فضای خالی می باشد) یک خط نیرو چیست؟ شما می توانی خطوط نیرو را با نگاه کردن در نیروهای ایجاد شده توسط میدانهای موجود در مکانهای متفاوت تجسم کنید. تجسم کنید خطوطی از الکترونهایی که در یک محل قرار داده اید را به بهم اتصال داده اید. ماوس را فشار دهید و سپس روی مانیتور شکل خطوط به هم وصل شده را خواهید دید. خطوط در این الگو به عنوان خطوط الگو شناخته می شوند. خطوط نیروی میدان از بار + خارج و به سمت بار - وارد می شوند. بنابراین 2 بار مثبت و منفی توسط خطوط میدان بهم وصل می شوند.

هر اتم از یک باند ظرفیت و یک باند هدایت تشکیل شده است بعد از باند ظرفیت اتم، باند هدایت قرار گرفته است که در حالت عادی خالی است الکترونهای باند ظرفیت با گرفتن انرژی کافی به ممانه هدایت رفته یک جفت الکترون حفره ایجاد می‌کنند حال اگر الکترونها در معرض تغییرات انرژی کافی در اثر بایار مناسب قرار گیرند الکترونها دوباره از باند ممنوعه پرش کرده و به باند

1-1- مقدمه

هر اتم از یک باند ظرفیت و یک باند هدایت تشکیل شده است. بعد از باند ظرفیت اتم، باند هدایت قرار گرفته است که در حالت عادی خالی است. الکترونهای باند ظرفیت با گرفتن انرژی کافی به ممانه هدایت رفته یک جفت الکترون حفره ایجاد می‌کنند. حال اگر الکترونها در معرض تغییرات انرژی کافی در اثر بایار مناسب قرار گیرند. الکترونها دوباره از باند ممنوعه پرش کرده و به باند مجاور می رود و هنگام این پرش از باند ممنوعه مقداری انرژی از دست می دهند و این اتلاف انرژی همراه با تشعشع به همراه مقداری انرژی مشخص است. این مکانیزم مدارهای نوری مورد استفاده قرار می گیرد.

2-1- مولدهای نوری

دو نوع ابزار مولد نور مورد استفاده قرار می گیرند که LEDها و لیزرها هستند. LEDها و لیزرها دو تفاوت اساسی دارند.

1- LED یک ابزار نیمه هادی است که با استفاده از یک فرآیند تبدیل توان به شکل جریان ورودی و فوتون خروجی، نور ساطع می کند در حالیکه لیزر یک ابزار مولد تشدید در حفره است که ممکن است به عنوان واسطه فعال خود، از یک گاز، یک مایع یا یک جسم جامد استفاده کند و به عنوان محصول فرآ‌یند افزایش شار فوتونی نور ساطع نماید.

2- LED نوری با باند عریض ساطع می کند که در آن فوتونها مستقیماً وابسته به فاز نیستند در حالیکه لیزر یک نوع نوری با باند باریک ساطع می کند که در آن فوتونهای تابشی یا فوتونهای مولد همفازند و به همین جهت نور laser برخلاف LED می تواند در یک نقطه دور و بسیار کوچک متمرکز شود و در نتیجه در محل تمرکز نور چگالی توان بسیار بالایی داشته باشد.

در حال حاضر دیودهای نور گسیل نسبت به laser دارای اشکالات بیشتری است از جمله:

الف- قدرت نوی پایین تر

ب- پهنای باند مدولاسیون نسبتاً کوچکی دارند (کمتر از MHZ50)

ج- انحراف هارمونیکی دارند

با وجود اشکالات فوق دیودهای نور گسیل مزایایی دارند که کا ربرد آنها را در مخابرات نوری بسیار برجسته کرده است که عبارتند از:

الف- ساخت ساده تر در آن هیچ تراش منعکس کننده ای وجود ندارد و در بعضی از انواع ساختاری آن Striped Geometry وجود ندارد.

ب- هزینه کمتر بخاطر ساختار ساده تر

ج- وابستگی دمایی کمتر آن. مشخصات خروجی نور در مقابل جریان آن نسبت به مشخصات لیزر کمتر تحت تاثیر قرار می گیرد و مسائل مربوط به پایداری جریان آستانه و جبران حرارتی را ندارد.

د- خطی بودن. یک دیود نور گسیل دارای خروجی نوری خطی در قبال مشخصات جریان می باشد (برخلاف لیزر اتصالی) که این امر در مواردی که مدولاسیون آنالوگ مورد نظر است، سودمند است.

3-1- کارایی دیودهای نور گسیل

عدم وجود تقویت نوری از طریق نشر تحریک شده در دیود نور گسیل، سبب محدود شدن کارائی کمی درونی دیود (نسبت فوتونهای تولید شده به الکترونهای تزریق شده) می گردد. تکیه بر نشر خودبخودی، بدلیل وجود نقص ها و ناخالصی ها اجازه جا گرفتن ترکیبات مجدد غیر تابشی را درون ساختار می دهد و در نتیجه در بهترین حالت، کارایی داخل 50% را برای دستگاههای ساده ای با اتصال Homojvnetion را می دهد اگرچه کارایی کمی درونی می تواند بطور نسبی بالا باشد، ولی شکل نامبرده برای دیود نور گسیلی که از طریق یک سطح مسطح منتشر می شود ضرورتاً به صورت Lambertion می باشد چرا که تشعشع سطحی قدرت تابیده شده از یک فضای واحد به یک زاویه سه بعدی در تمام جهات ثابت می باشد. توزیع شدت Lambertion در شکل 1-1 نشان داده شده است. J₀ شدت ماکزیمم بر سطح مسطح عمودی می باشد ولی به طرفین کاهش می یابد (متناسب با کسینوس زاویه تصویر 5) این مساله بهره قدرت خروجی را به میزان چند درصد کاهش می دهد.

بهره قدرت خروجی ، به عنوان نسبت قدرت نوری منتشر شده خروجی P_e، به قدرت الکتریکی تامین شده برای دستگاه، P، می باشد که می توان آن را بصورت زیر نوشت:

 

شکل

همچنین قدرت نوری منتشر شده (P_e) به درون محیطی با مشخصه انکسار پایین، n، از سطح یک دیود نور گسیل مسطح ساخته شده از موادی با مشخصه انکسار n_x، تقریباً بصورت زیر داده می شود:

 

که در این رابطه P_int قدرت تولید شده داخلی و F فاکتور انتقال از سطح مشترک نیمه هادی- خروجی، می باشد. از این رو تخمین زدن درصد قدرت نوری منتشر شده، ممکن می باشد.

موقعی که خروجی نور به یک فیبر متصل می گردد، اتلاف بیشتری به وجود می‌آید. اگر برای فیبری با مشخصه پله ای فرض شود که تمام نور به انتهای فیبر، درون زاویه قابل قبول تزویج می شود، در محیط هوا معادله زیر برقرار می گردد. یعنی زاویه با مقدار N_A­ (روزنه عددی) برابر خواهد بود.

 

نور در زوایایی بزرگتر از تزویج نخواهد شد. برای یک منبع Lambertion شدت تابش در یک زاویه ، بصورت زیر داده که در شکل 1-1 نشان داده می شود (I₀ شدت تابش در راستای خط می باشد).

منبعی که از هسته فیبر کوچکتر باشد و در مجاورت و نزدیکی آن قرار گیرد، ضریب تزویج آن بصورت زیر برحسب مختصات استوانه ای داده می شود.

(4-1)

با جایگذاری رابطه در معادله 4-1 خواهیم داشت:

 

 

معادله فوق برای ضریب تزویج، اجازه تخمین زدن درصد قدرت نوری تزویج شده به فیبری با مشخصه پله ای نسبت به میزان قدرت نوری منتشر شده از دیود نور گسیل را می دهد.

4-1- قدرت نوری خروجی

قدرت خروجی نوری ایده ال در قبال مشخصه جریان برای یک دیود گسیل در شکل 10-1 نشان داده شده است در عمل دیودهای نور گسیل خصوصیات غیر خطی عمده ای را بسته به ساختار مورد استفاده، ارائه می دهند بنابراین استفاده از برخی تکنیکهای خطی کردن مدار ضروری می باشد این عمل برای اطمینان از عملکرد خطی دیود در سیستم انتقال آنالوگ می باشد. شکلهای (a,b11-1) خروجی نور را در ازاء جریانهای مختلف برای انتشار دهنده های مسطح و اریب به ترتیب نشان می دهد. نکته قابل توجه آن است که انتشار دهنده مسطح به طور قابل توجهی قدرت نوری بیشتری را نسبت به انتشار دهنده اریب، بدون هوا منتشر می سازد.

5-1- انواع دیودهای نور گسیل

ساختارهای متفاوتی برای دیودهای نور گسیل وجود دارد که کاربرد وسیعی در مخابرات نوری پیدا کرده اند از جمله دیودهای نور گسیل مسطح، اریب، گنبدی و Burrus.

1-5-1- دیود نور گسیل مسطح

این دیود ساختمان بسیار ساده ای دارد و بوسیله مراحل LPE، UPE بر روی یک سطح GaAS ساخته می شود و با این عمل یک لایه نوع P به درون لایه زیرین نوع n متصل می شود. جریان جلو رونده جاری شده از طریق محل اتصال، نشر خودبخودی Lambertion را نتیجه می دهد و نور از تمام سطوح دیود منتشر می گردد. اگرچه فقط بخش محدودی از نور می تواند از داخل ساختمان دیود (به دلیل انکسار داخلی کلی) خارج شود، بنابراین تشعشع بسیار پایین می باشد.

 

2-5-1- دیود گنبدی شکل

ساختار یک دیود نور گسیل گنبدی در زیر نشان داده شده است یک نیم کره نوع N، GaAS بدور یک ناحیه نوع P کشیده شده است قطر گنبد به گونه ای انتخاب می‌شود که میزان نشر داخلی ای را که به درون زاویه بحرانی سطح مشترک GaAS هوا می رسد، ماکزیمم می شود. از اینرو این نوع دیود نور گسیل دارای ضریب قدرت خروجی بیشتری نسبت به دیود نور گسیل مسطح می باشد. با این وجود هنسده ساختاری این دیود به گونه ای است که سطح گنبد بسیار بزرگتر از سطح ترکیب مجدد اکتیو می باشد که این امر فضای نشر موثر بزرگتری را ارائه می دهد و در نتیجه میزان تشعشع کاهش می یابد.

3-5-1- دیود نور گسیل منتشر کننده اریب

این دیود که در زیر نشان داده شده است نشر کننده اریب DH با ساختار هندسی راه راه می باشد که در مخابرات نوری برای تشعشع زیاد مورد استفاده قرار می گیرد. لایه های نگه دار شفاف به همراه یک لایه فعال فیلی نازک (50 تا 100 میکرومتر) به منظور پخش نمودن نور تولید شده در لایه های فعال، بدرون لایه های نگه دار شفاف و کاهش دادن خود جذبی در لایه های فعال، در ساختار دیود نور گسیل قرار داده شده اند.

4-5-1- دیود نور گسیل با امیتر سطحی

یک روش برای دسترسی به تشعشع بالا، محدود کردن تشعشع به یک ناحیه فعال کوچک درون دیود نور گسیل می باشد این تکنیک بوسیله Burrus و Dawson ابداع شده است. اساس کار استفاده از یک Etched Well در یک لایه زیرین GaAS به منظور جلوگیری از جذب شدید تشعشع منتشر شده در دیودهای نور گسیل با ساختار مشابه، و تطبیق فیزیکی به فیبر بود. این ساختار دارای امپدانس حرارتی پایینی در ناحیه فعال می باشد در نتیجه چگالی جریان بالایی دارد و نشر تشعشعی بالا را به فیبر نوری ارائه می دهد. ساختار یک امیتر سطحی با تابش بالا برای باند طول موجی در شکل 5-1 نشان داده شده است. جذب داخلی در این دیود نور گسیل در اثر لایه‌های محدود کننده Gardland بزرگتر، خیلی کمتر می باشد. قدرت تزویج شده به یک فیبر با مشخصه پله ای بصورت زیر تخمین زده می شود.

(6-1)

که r ضریب انکسار در سطح فیبر، A سطح مقطع کوچکتر فیبر (ناحیه نشر منبع) و R_D تشعشع منبع می باشد البته این قدرت تزویج شده به فاکتورهای زیاد دیگری مثل فاصله، تعادل و تساوی بین ناحیه نشر و فیبر، خصوصاً ناحیه نشر دیود و محیط بین نشر و فیبر وابسته است. به همین جهت امیترهای سطحی اغلب قدرت نوری بیشتری نسبت به میزان پیش بینی شده در معادله 6-1 را دارند.

 

چکیده

در مدار مورد نظر، ابتدا صورت به روش مدولاسیون فرکانس حول فرکا نس KHZ25، مدوله می شود و سپس بوسیله خط انتقال فیبر نوری ارسال می شود. در گیرنده نیز پس از آشکارسازی و بازسازی سیگنال فرستاده شده، با بهره گیری از سیستم حلقه قفل فاز، سیگنال صوت بازیابی و تقویت می شود. به علت محدودیت کار دیودهای فرستنده و گیرنده بازدهی کار در فرکانسهای بالاتر از KHZ25 کاهش می یابد.

فصل دوم

آشکارسازهای نوری

 

1-2- مقدمه

آشکار ساز نوری در یک سیستم به عنوان حساسترین قسمت مدار می باشد زیرا اگر دریافت سیگنال به درستی صورت نگیرد عملکرد مدار دچار اختلال می گردد و لذا این قسمت عملکرد تمام مدار را تحت شعاع ق رار می دهد. آشکارسازها باید فاکتورهایی را دارا باشند که کیفیت آنها را تضمین می کند.

الف- برای تولید دوباره شکل موج سیگنال دریافت شده، مخصوصاً در انتقال آنالوگ پاسخ آشکارساز نوری باید با توجه به سیگنال نوری در یک رنج نسبتاً وسیعی خطی باشد.

ب- زمان کوتاه پاسخ به منظور مشاهده پهناب باند مناسب. امروزه به سرعتهای تا چندین مگاهرتز دست یافته اند و در آینده فیبرهای تک مدی حتی در چندین گیگاهرتز عمل خواهند کرد.

ج- کمترین نویز: جریانهای نشتی و جریانهای پنهان می بایستی پایین باشند و مدارات و گین درونی باید نویز کمی داشته باشند.

د- پایداری مشخصات عملکردی. عملکرد نسبت به شرایط محیطی تا حد ممکن استقلال داشته باشد اگرچه در عمل مشخصاتی مانند نویز و گین درونی آنها با دما تغییر می کنند. برای اینکار باید از جبرانساز حرارتی استفاده کرد.

و- اندازه کوچک. اندازه فیزیکی آشکارساز برای تزویج موثر با فیبر کوچک باشد.

ی- پاسخ الکتریکی بزرگ نسبت به سیگنال دریافتی. آشکارساز باید یک سیگنال الکتریکی ماکزیمم را برای میزان قدرت نوری داده شده، تولید نماید.

هـ- ولتاژ بایاس کم و قابلیت اعتماد بالا. آشکارساز توانایی کارکرد پایدار مداوم در دمای اتاق را برای مدتهای طولانی داشته باشد.

2-2- آشکارسازهای نوری

انتشار نور در وسایل نیمه هادی بخصوص در دیودهای نیمه هادی بخوبی انجام می‌شود. این وسایل دارای پیوندهای نیمه هادی هستند که در آنها حاملهای بار آزاد (الکترونها و حفره ها) با جذب فوتونهای ورودی ایجاد می شوند. این مکانیزم گاهی اثر فوتوالکتریک داخلی نامیده می شود. سه وسیله معمول که از این پدیده استفاده می‌کنند عبارتند از: دیود نوری دارای پیوند pn، دیود نوری PIN و دیود نوری بهمنی. ویژگیهای مهم آشکارسازها عبارتند از: پاسخ دهی، پاسخ طیفی و زمان صعود.

پاسخ دهی برابر است با نسبت جریان خروجی آشکارساز به توان نوری ورودی که بصورت زیر بیان می شود:

 

واحد پاسخ دهی آمپر بر وات است.

پاسخ طیفی به منحنی پاسخ دهی آشکارساز به عنوان تابعی از طول موج اشاره می‌کند. به علت تغییرات سریع پاسخ دهی با طول موج، در دو ناحیه طیف نوری که تلفات تار کم است آشکارسازهای متفاوتی باید به کار گرفته شود.

زمان صعود عبارت است از زمان لازم برای جریان خروجی آشکارساز تا اینکه از 10% به 90% مقدار نهایی اش تغییر کند به شرطی که تغییرات توان نوری ورودی به شکل پله باشد.

3-2- ضریب جذب

جذب فوتونها در دیود فتوالکتریک به منظور تولید جفتهای حامل می باشد که نتیجه آن جریان فتونی ای است که به a₀، ضریب جذب نور در نیمه هادی مورد استفاده بستگی دارد.

در یک طول موج ویژه و با فرض اینکه فقط انتقال Bandgap وجود دارد، جریان فتوالکتریک تولید شده، I_p، بوسیله نور تابشی با قدرت نوری P₀، بوسیله رابطه زیر محاسبه می شود:

 

که e باریک الکترون، r ضریب انعکاس در سطح مشترک نیمه هادی- هوا و d پهنای ناحیه جذب می باشد. ضریب جذب مواد به شدت به طول موج وابسته می‌باشد. تفاوت بین منحنی های جذب مواد، از انرژی Bandgap متفاوت آنها نشات می‌گیرد که مقدار این انرژی در جدول (1-2) نشان داده شده است.

4-2- بهره کوانتمی

هر فوتونی که انرژی آن از تابع کار بیشتر باشد الزاماً یک الکترون آزاد نخواهد کرد. این مشخصه با بهره کوانتمی گسیلند، توصیف می شود که عبارت است از:

=	تعداد الکترونهای ساطع شده	=	re	(2-2)
	تعداد فوتونهای تابشی برخورد کرده		rp

 

این ضریب معمولاً کمتر از واحد می باشد. زیرا همه فوتونهای تابشی برای تولید جفتهای الکترون- حفره جذب نمی شوند. این ضریب تابعی از طول موج فوتون می‌باشد و بنابراین فقط برای یک طول موج ویژه بیان می شود.

5-2- پاسخ دهی

مفهوم بهره کوانتمی، انرژی فوتون را در بر نمی گیرد. برای مشخص کردن تاثیر انرژی فوتون، از پاسخ استفاده می شود. با توجه به معادلات (1-2) و (2-2) و معادله انرژی یک فوتون (E=hf) می توان سرعت فوتون تابشی r_p را برحسب قدرت نوری و انرژی فوتون به صورت زیر نوشت:

(3-2)

در ادامه داریم:

(4-2)

(5-2)

(6-2)

(7-2)

(8-2)

(9-2)

روابط فوق نشان می دهد که اولاً جریان آشکارساز متناسب با توان نوری است. ثانیاً اینکه پاسخ بطور مستقیم با بهره کوانتمی، در یک طول موج ویژه متناسب می‌باشد. شکل (2-2) پاسخ دهی برحسب طول موج را بر ای یک آشکارساز سیلیکونی با بهره کوانتمی واحد در دو حالت ایده ال و عملی نشان می دهد.

6-2- طول موج قطع

برای ساخت آشکارسازهای فتوالکتریک لازم است که انرژی فوتونهای تابشی بزرگتر یا مساوی با انرژی Bandgap ماده استفاده شده باشد. بنابراین انرژی فوتون عبارت خواهد بود از:

(10-2)

که به نتیجه زیر می انجامد:

(11-2)

بنابراین آستانه آشکارسازی عموماً به عنوان نقطه طول موج بلند قطع، ، بصورت زیر داده می شود:

(12-2)

عبارت فوق امکان محاسبه بلندترین طول موج را برای آشکارسازی فوتوالکتریک مواد نیمه هادی مختلف مورد استفاده در ساخت آشکارسازها می دهد.

همانطور که سطوح نفوذ باد از لحاظ جهانی افزایش می یابد، نیاز به پیش بینی صحیح تغییرات در تولید انرژی باد در انواع متفاوت پیش بینی افق های زمان برای پایداری شبکة نیرو و همچنین کارآیی تولید روز به روز مهم می شود پیش بینی های صحیح انرژی باد، از جمله اجزاء مهم و حیاتی برای بسیاری از چالش های عملیاتی و برنامه ریزی هستند که متغیر از پیگیری بار تا برنامه

توسعه کامل سازی باد از طریق پیش بینی انرژی باد

 

مقدمه

همانطور که سطوح نفوذ باد از لحاظ جهانی افزایش می یابد، نیاز به پیش بینی صحیح تغییرات در تولید انرژی باد- در انواع متفاوت پیش بینی افق های زمان- برای پایداری شبکة نیرو و همچنین کارآیی تولید روز به روز مهم می شود. پیش بینی های صحیح انرژی باد، از جمله اجزاء مهم و حیاتی برای بسیاری از چالش های عملیاتی و برنامه ریزی هستند که متغیر از پیگیری بار تا برنامه ریزی انتقال و اختصاص دادن سرمایه، تا بازاریابی سطح استراژی و برنامه ریزی عملیات است. وقتی برای تصمیم گیری بکار می رود، پیش بینی های صحیح انرژی باد، هزینه های فرعی خدمات را کاهش می دهند، قابلیت اعتبار شبکه از طریق برنامه ریزی مؤثرتر افزایش می یابد و اپراتورهای پروژه و شرکت های برق می توانند تصمیمات استراژی مهمی بگیرند که باعث افزایش کارآیی می گردد. پیش بینی هایی که تا سالها بعد امتداد می یابد ، به شناسایی صحیح تر مشخصات نسل بلند مدت کمک می کند و باعث فرمولاسیون های صحیح تر فاکتور ظرفیت و انتخاب پروژه های مؤثرتر می گردد. این مقاله طرح می کند که چگونه و چرا پیش بینی انرژی باد می پردازد. دومین بخش استراژی هایی را برای پیش بینی در افق های زمانی متفاوت طرح می کند. بخش3 نتایج حاصل از پیش بینی در موقعیت های متفاوت را در عرض ایالات متحده بررسی می کند. بخش آخر، خلاصه ای را فراهم کرده و مروری دارد بر آیندة پیش بینی.

سابقه

پایه های هواشناسی

همانطور که همه ما می دانیم، باد، سوختی برای انرژی باد است. مادامیکه دشواری بسیار زیاد ساده کردن باد، اساساً نتیجة اختلاف های در فشارها در فواصل افقی است، با این اختلاف، گرادیان فشار مطرح می شود. در ساده ترین سطح، حاصل عدم تعادل های گرمایی هستند و در اساسی ترین سطح، حرارت غیر یکنواخت زمین، باد را به حرکت در می آور. در مقیاس های دقیقه، ساعت و روزانه، تغییرات در شرایطهای جوی در توپوسفر- پائین ترین سطح جو – آب و هوا نامیده می شوند . از سوی دیگر، شرایط آب وهوایی یا آب و هوا بر اساس یک مقیاس زمانی فرق می کند: شرایط آب و هوا، الزاماً توده و تراکم آب و هوا روی یک قسمت طولانی زمانی است و بنابراین ایده ای دربارة مشخصات متوسط آب و هوا فراهم می کند ( در مورد خاص ما، باد است) آب و هوا در تعدادی از مقیاس های هوایی فرق می کند از مقیاس های روزمره گرفته تا سال به سال و دامنة این تغییرات از لحاظ جغرافیایی وابسته است.

پیش بینی افق های زمان

یک استراژی کامل و جامع پیش بینی باید به این نکته توجه داشته باشد که تاکتیک های متفاوت باید برای فلق پیش بینی هایی به کار روند که از ساعت ها گرفته تا ماهها در آینده امتداد می یابند. شکل1، پیش بینی افق های متفاوت زمانی را نشان می دهد، اینکه چه اطلاعاتی و یا تاکتیک هایی برای پیش بینی بکار رفتند و دلایل استراژیکی و یا عملیاتی متفاوت برای پیش بینی چه چیزهایی هستند. در کوتاهترین افق زمان پیش بینی- افق کاربردی برای زمینه های عملیاتی چون پیگیری بار و پایداری باد- صحیح ترین استراژی های پیش بینی به مشاهداتی چون ورودی بستگی دارند. اساساً اطلاعات حاصل از پروژة باد و در ناحیة پیرامون، پروژه باد به صورت ورودی ها در استراژی های پیش بینی آماری متفاوت بکار برده شده است. متودهای سازشی اغلب شبکه های خنثی را بکار می گیرند و اساساً برای خلق این پیش بینی ها، کاربردی می باشند. بعد از چند ساعت، متودهای پیش بینی که بر اساس مشاهدات هستند، بهترین پیش بینی را فراهم نمی کنند. بنابراین، ما به استفاده از مدل های پیش گویی آب وهوا در افق زمان پیش گویی قطعی می پردازیم که تا چند روز طول می کشد. کلمة پیش بینی قطعی برای شرح، پیش بینی رویدادهای آب وهوای خاص در پیش بینی یک سیستم آب وهوای وارده بکار میرود. موضوع های عملیاتی در این افق پیش بینی از برنامه ریزی انتقال تا اختصاص دادن سرمایة تولید متغیر است. این اطلاعات برای تجارت نیرو روز نیز مهم است البته اگر این بازارها وجود داشته باشند. در هر کجا از چند روز گرفته تا بیش از یک هفته، جو بی نظم می شود و پیش گویی های قطعی دیگر نمی توانند با هر گونه درجة مهارت صورت گیرند. در این مقیاس ها، ما باید به انواع متفاوتی از شرایطهای خارجی- یا نیروها- تکیه کنیم، شرایطهایی که می توانند الگوهای بلند مدت را تحت تاثیر قرار دهند.

این نیروها از زمینه های مطرح شده از زیر مثل تغییرات دماهای اقیانوس ناشی از نوسان جنوب El Nino ، تا زمینه های مطرح شده از بالا مثل تغییرات در دماهای استراتوسفری و تغییرات حاصله در الگوهای آب وهوا متغیرند.

متاسفانه، یا توانایی محدود شده ای برای پیش بینی این پدیده وجود دارد و یا بطور کلی این توانایی وجود ندارد و به این ترتیب به عدم اطمینان در پیش گویی بلند مدت اضافه می شود. در بلندترین افق های زمانی، که چندین دهه در آینده امتداد می یابد، تغییرات در اجزاء سازنده اتمسفر، مثل دی اکسید کربن و یا ازن می توانند پاسخ جوی را تحت تاثیر قرار دهند. موضوعات مهم در این افق زمانی به مشخصه های تولید بلند مدت پروژه توام می شوند. مشخه هایی مثل فاکتور ظرفیت پروژه.

همانطور که از شکل1 میتوان مشاهده کرد، درستی نسبی پیش بینی ها با افق پیش گویی کاهش می یابد، اما درجه ای از قابلیت پیش گویی در همة افق های پیش بینی وجود دارد.

افق های پیش گویی، نوع نیرو و موضوع های عملکردی برای پیش بینی انرژی باد.

متودها

پیش بینی های رنج کوتاه

پیش گویی های کوتاه مدت بر اساس هواشناسی مشاهده و تولید نیرو از پروژه است و در مورد هواشناسی بر اساس تولید نیروی حاصله از مکان های نزدیک پروژه باد است ( معمولاً در100 کیلومتری). این داده ها در زمان واقعی جمع آوری شده و بصورت ورودی در روتین های پیش گویی آماری متفاوت بکار می روند. پیش بینی های تولید انرژی باد طی چند ساعت بعدی، یا مستقیماً خلق می شوند و یا در برخی از موارد در یک فرایند دو مرحله ای خلق می شوند. در فرایند دو مرحله ای، پیش بینی ها برای باد، در ابتدا خلق شده و سپس از طریق کاربرد آلگوریتم های منحنی نیروی دینامیکی، پیش گویی های نیروی پروژه خلق می شوند. چون آلگوریتم های آماری خود فراگیر اغلب بکار می روند، از اینرو پیش گویی های کوتاه مدت، برتری دارند اینکه می توانند از تجربه آموخته شوند و پیش بینی ها با زمان. بهتر می شوند. همچنین استفاده از مشاهدات خارج از سایت قرار گرفته از لحاظ استراتژیکی می تواند درستی پیش بینی را از10 تا 50 % ورای آنچه که می تواند در غیاب مشاهدات خارج از سایت صورت بگیرد توسعه دهد.

شکل2- نمونة پیش گویی تولید انرژی باد چهارده روز – با مدت فواصل اطمینان برای پروژة بادMW 160 در ایالات متحده.

پیش گویی های رنج متوسط

پیش گویی عددی آب وهوا، پایه ای است برای تکنیک های پیش بینی رنج متوسط، مدل های کامپیوتری مقیاس فرو با تجزیه و تحلیل بالا و پیکربندی شده بطور صحیح، برای عمل کردن در صحت بالا برای پروژه های خاص باد بهینه شدند و بکار گرفته می شوند. استراتژی پیش گویی که برای رنجی از پیش بینی ها امکان پذیرند، می توانند پیش بینی مفیدتر و کاملتری را فراهم نمایند و همچنین اطلاعاتی را دربارة اطمینان از پیش بینی تهیه می کنند. در مورد استراتژی های پیش گویی رنج متوسط، مدل های پیش گویی عددی آب وهوا بر اساس شرایط فیزیکی، پیش گویی های برای باد خلق می کنند، بنابراین انتقال های دینامیکی نیروی نیروی انرژی باد باید بکار روند. چون مدل های آب وهوا، پیش گویی دربارة انواع متفاوت متغیرهای پیش آگهی فراهم می کنند، مثل جهت و دمای باد، از اینرو این اطلاعات می توانند در تنظیم آلگوریتم های انتقال نیروی دینامیکی بکار روند.

یک نمونه از پیش گویی چهار روز با ظرفیت وابسته در شکل2 نشان داده شده است.

پیش گویی های رنج بلند

پیش بینی هایی که از هفته های گرفته تا ماهها در آینده امتداد می یابند، رویدادهای خاص باد را پیش گویی نمی کنند بلکه می توانند اطلاعاتی در رابطه با مشخصات تولید انرژی عزیمت از حالت عادی ((DFN تهیه نمایند. علاوه بر شیب ضروری پیش گویی هایی آب و هوایی لازم برای این مرحله، فقرة دیگر مورد نیاز، یک آب وهوا شناسی بلند مدت از سایت است‌ ( تا شرایطهای “ عادی” معین شوند). چون ثبت های بلندمدت با طول کافی طبیعتاً قابل دسترس نیستند، از این رو یک ثبت ساختگی/ اصلاح شده ایجاد می شود. به همین دلیل، انرژی باد یک سالة بلند مدت در شکل2 نشان داده شده است.

اصولاً قسمتهای عایق ماشینهای الکتریکی ، ترانسفورماتور ها ،خطوط هوایی و غیره به صورتی طراحی می شود که بتوانند به طور مداوم تحت ولتاژ معینی کارکرده و ضمناً قدرت تحمل ضربه های ولتاژ را در لحظات کوتاه داشته باشند

عایقهای الکتریکی

اصولاً قسمتهای عایق ماشینهای الکتریکی ، ترانسفورماتور ها ،خطوط هوایی و غیره به صورتی طراحی می شود که بتوانند به طور مداوم تحت ولتاژ معینی کارکرده و ضمناً قدرت تحمل ضربه های ولتاژ را در لحظات کوتاه داشته باشند .

هر نوع تغییرات ناگهانی و شدید در شرایط کاری شبکه، موجب ظهور جهشها یا پالسهای ولتاژ می شود . برای مثالمی توان اضافه ولتاژ های ناشی از قطع و یا وصل بارهای زیاد به طور یکجا ، جریانهای اتصال کوتاه ، تغییر ناگهانی مدار و غیره رانام برد .

رعد و برق نیز هنگامی که روی خطوط شبکه تخلیه شود ، باعث ایجاد پالسهای فشار قوی با دامنه زیاد و زمان کم می شود .

لذا عایق های موجوددر ماشینهای الکتریکی و تجهیزات فشار قوی باید از نظر استقامت در مقابل این نوع پالسها نیز طبقه بندی شده و مشخص شوند . عایقهای الکتریکی با گذشت زمان نیز در اثر آلودگی و جذب رطوبت فاسد شده و خاصیت خود را از دست می دهند .

در مهندسی برق سطوح مختلفی از مقاومت عایقی تعریف شده است که هر کدام بایستی در مقابل ولتاژ معینی استقامت نمایند . (ولتاژ دائمی و ولتاژ لحظه ای هر کدام به طور جداگانه مشخص می شوند )و البته طبیعی است که ازدیاد ولتاژ بیشتر از حد مجاز روی عایق باعث شکست آن می شود . در عمل دو نوع شکست برای عایق ها می توان باز شناخت ،حرارتی و الکتریکی .

زمانی که عایق تحت ولتاژ قرار دارد ، حرارت ناشی از تلفات دی الکتریکی می توان باعث شکست حرارتی شود . باید توجه نمود که افزایش درجه حرارت باعث کاهش مقاومت اهمی عایق و نتیجتاً افزایش تصاعدی درجه حرارت آن خواهد شد .

خلاصه اینکه عدم توازن بین حرارت ایجاد شده در عایق با انچه که به محیط اطراف دفع می نماید ، موجب افزایش درجه حرارت آن شده و این پروسه تا زمانیکه عایق کاملاً شکسته شده و به یک هادی الکتریسته در آید ، ادامه می باید .

شکست الکتریکی در عایق ها به دلیل تجزیه ذرات ان در اثر اعمال میدان الکتریکی نیز صورت می گیرد .

با توجه به آنچه گذشت ، عایقهای الکتریکی عموماً در معرض عواملی قرار دارند که باعث می شود در ولتاژ نامی نیز حالت نرمال خود را از دست بدهند . لذا در انتخاب عایقها ، عایق با کلاس بالاتر انتخاب می شود . اندازه گیریهای مختلفی که جهت شناسایی نواقص موجود در عایق ها انجام می گیرند عبارتند از :

اندازه گیری مقاومت D.C عایق یا جریان نشتی ان ، تلفات دی الکتریک ، ظرفیت خازنی عایق ، توزیع ولتاژ در عایق ، دشارژهای جزئی در عایق و میزان پارازیتهای حاصل از آن و تست استقامت الکتریکی عایق .

تعیین میزان و تلفات یک عایق ومقایسه آن با مقادیر اولیه ، معیار خوبی برای ارزیابی وضعیت آن می باشد . اصولاً افزایش تلفات در عایق های جامد ناشی از جذب رطوبت و در روغن ها به دلیل افزایش در صد آب یا آلودگیهای دیگر درآن می باشد .

باید دانست که مقدار تلفاتی که در مورد یک ترانس اندازه گیری می شود ، جمع تلفات روغن و ایزولاسیونجامد سیم پیچ بوده و هرگاه تلفات عایق یک ترانس از مقدار مجاز تجاوز نماید ، ابتدا باید روغن را به طور جداگانه مورد آزمایش قرار داد تا بتوان وضعیت ایزولاسیون سیم پیچی را ارزیابی نمود .

با توجه به انکه با تعیین مقدار تلفات به طور مطلق و بدون در نظر گرفتن ابعاد فیزیکی و جنس عایق نمی توان قضاوت صحیحی در مورد ان به عمل آورد ، بهترین پارامتری که می تواند وضعیت ایزولاسیون را مشخص نماید نسبت مولفه اکتیو به راکتیو جریان نشتی عایق می باشد . با اندازه گیری ظرفیت تلفات عایق می توان وضعیت ان را از نظر استقامت حرارتی ، میزان رطوبت جذب شده و عمر عایق ارزیابی نمود .

تجربه نشان داده است که در موارد زیر خطر اتصال کوتاه در ایزولاسیون تجهیزات الکتریکی که مستقیماً به فساد عایق مربوط باشد ، وجود ندارد :

الف : وقتیکه ایزولاسیون دارای ضریب تلفات عایق ثابتی است و با مروز زمان افزایش نمی یابد .

ب: وقتیکه ضریب تلفات عایق روغن بوشینگ دژنکتورهای روغنی که مستقیماً روی کلید اندازه گیری شده است ، بدون توجه به اندازه گیری قبلی در حد استاندارد باشد .

با اندازه گیری ظرفیت خازنی ایزولاسیون تجهیزات الکتریکی در دوفرکانس و یا دو درجه حرارت مختلف می توان اطلاعاتی مشابه با نتیجه تست تلفات دی الکتریک از وضعیت عایق بدست آورد .

وجه تمایز تست ظرفیت خازنی در دو فرکانس مختلف با دستگاههایی که جهت همین کار ساخته شده اند در این است که در هر درجه حرارتی قابل انجام بوده و احتیاجی به گرم کردن ترانس و یا تجهیزات دیگر نیست و به همین جهت پرسنل را از حمل و نقل دستگاهها و ادوات نسبتاً سنگین که برای گرمایش بکار می روند بی نیاز می سازد.

در این روش اساس کار بر این اصل مبتنی است که ظرفیت خازن با تغییر فرکانس تغییر می نماید . تجربه نشان داده است که در مورد ایزولاسیون سیم پیچ هایی که آب زیادی به خود جذب نموده اند نسبت بین ظرفیت خازنی در فرکانسهای 2 و 50 هرتز حدود دو بوده و در مورد ایزولاسیون خشک این نسبت حدود یک خواهد بود .

اندازه گیری فوق معمولاً بین سیم پیچ هر یک از فازها و بدنه در حالتیکه بقیه سیم پیچ ها نیز ارت شده اند انجام می گیرد . دقیقترین روش برای بررسی نتایج بدست امده در هر آزمایش مقایسه آن با مقادیر کارخانهای و یا تستای مشابه قبلی می باشد که البته در این عمل باید ارقام بر اساس یک درجه حرارت واحد اصلاح شد باشند . چنانچه مقایسه فوق به عللی تحقیق پذیر نباشد ، می توان به بعضی از اتسانداردهایی که در این زمینه موجود است مراجعه نمود . برای مثال پس از انجام تعمیرات ، میزان مقاومت D.C عایق نباید کاهش بیش از 40 در صد (برای ترانس 110 کیلو ولت به بالا 30 در صد ) ، نسبت ظرفیت خازن در فرکانس 2 هرتز به ظرفیت خازن در فرکانس 50 هرتز افزایش بیش از ده درصد و ضریب تلفات عایق افزایش بیش از 30 در صد نسبت به نتایج قبل از تعمیرات را نشان بدهند .

دردرجه حرارتهای 10 و 20 درجه سانتیگراد نسبت ظرفیت خازن در فرکانس 2 هرتز به ظرفیت خازن در فرکانس 50 هرتز باید به ترتیب مقادیری حدود 2/1 و 3/1 را داشته باشند.

اضافه گرمایش مجاز در هادیهای تجهیزات الکتریکی

روشن است که عبور جریان نامی به طور مداوئم در هادیهای الکتریکی موجب گر شدن آنها و ایزولاسیون مجاورشان می شوند . این پدیده عاملی است که محدودیت اساسی را برای باردهی تجهیزات الکتریکی بوجود می آورد .

بر اساس استاندارد های معتبر ، حداکثر درجه حرارت مجاز در انواع مواد عایقی بین 90 تا 180 درجه سانتیگراد معین شده است .

درمورادی که قسمتهای حامل جریان و یا قطعات فلزی بدون جریان تجهیزات ، در تمای با عایق ها نباشند ، اضافه دماهای زیادتری مجاز دانسته شده است . در مورد هر ماشین الکتریکی ، حد مجاز برای افزایش درجه محیط تعیین می شود که اصولاً به نوع مواد عایقی موجود در آن بستگی دارد ولی به خاطر پاراکترهای مختلفی که در این زمینه دخالت دارند درجه حرارت مجاز از طریق آزمایشهای ویژه ای که در شرایط بار نامی صورت می گیرد مشخص می شود .

در ماشینهای الکتریکی که با گازها خنک کی شوند ،جریان نامی بر اساس ماکزیمم حرارتی که گاز خنک کننده قادر به دفع آن است تعیین می شود و اصولاً بکارانداختن ماشین در شرایطی خارج از محدوده فوق به جز دو موارد استثنایی که می توان ان را برای مدت کوتاهی تحت اضافه بار قرار داد به هیچ وجه مجاز نمی باشد .

لازم به ذکر است که شرایط اضافه بار معمولاً در مدارک فنی ماشین ثبت شده است . درجه حرارت مجاز در مورد ترانسفورماتورها بر این اساس مشخص می شود که ایزولاسیون سیم پیچها باید 20 تا 25 سال عمر مفید داشته باشد ،بدین منظور درمناطقی که درجه حرارت محیط به 35 درجه سانتیگراد می رسد ، اضافه سیم پیچهای ترانس (اضافه بر دمای محیط ) نباید از 70 درجه سانتیگراد تجاوز نماید . (غالباً ترانس ها را برای کار در شرایط 35 درجه سانتیگراد حرارت می سازند .)

بنابراین ماکزیمم دمای مجاز سیمپیچ ترانس برای کار دائم دراین مناطق عبارت است از 105 درجه سانتیگراد .

در این شرایط می توان ترانس را به طور مداوم تحت بار نامی قرار داد ،بدون انکه کاهشی درعمرمفید آن بوجود آید .

لازم ه ذکر است که یک عایق وقتی تحت دمای مجاز کارکند، قادر به ارائه عمر مفید خود بوده و به همان نسبتی که در دمای افزون بر حد مجاز قرار گیرد (چه از نظر حرارت و چه از نظرزمان ) از عمر مفید آن کاسته خواهد شد .

با توجه به این مطلب و همچنین با توجه به اینکه عملاً درجع رحارت محیط هم در طول روز و هم در طول سال تغییر مینماید ، عمر ایزولاسیون و در نتیجه عمر مفید ترانس بستگی به درجه حرارت میانگین سالیانه محیط و نوع بهره برداری از ترانس خواهد داشت . در استاندارد های معتبر دمای ماکزیمم مجاز برای ترانسهای قدرت با توجه به تغییرات روزانه دما و ماینگین درجه حرارت سالیانه محیط تدوین شده است . به علاوه همین استانداردها ماکزیمم افزایش درجه حرارت مجاز برای لایه بالایی روغن در مخزن ترانس نسبت به دمای محیط را نیز 60 درجه سانتیگراد تعیین نموده است . بنابراین اگر دمای محیط 35 درجه سانتیگارد باشد ، ماکزیمم دمای مجاز روغن (که توسط ترمومتر در بالای ترانس اندازه گیری می شود ) عبارت است از 95 درجه سانتیگراد .

با این درجه حارت روغن و شرایط محیط عملاً سیم پیچ ها تا 105 درجه سانتیگراد گرم می شوند . البته 95 درجه سانتیگراد حرارت روغن مربوط به ترانس هایی است که با سیستم روغن تحت سیرکولاسیون (به کمک پمپ) وهوای تحت فشار (OFAF) خنک می شوند .

دمای هوای خنک کننده در مورد ماشینهای الکتریکی مستقیماً درمحلهای ورود و خروج هوا اندازه گیری می شود .

این ماشینها مجهز به ترمومترهای جیوه ای روی ماشین و یا دماسنجهایی ترمورزیستوری هستند که ترمورییستورهای مربوط در جلوی فن در دو طرف ماشین جا سازی می شود . در ماشینهایی که با گاز هیدورژن خنک می شوند درجه حارت گاز به عنوان یک قاعده مورد توافق در مهندسی برق توسط ترموریزستوری که در مسیر جریان هیدروژن سرد به داخل ماشین قرار دارد ، اندازه گیری می شود .

ماشینهای کوچکی که با فن سر خود خنک کی شوند نیز مجهز به ترمومتر هستند .

برای به حداقل رساندن تلفات حرارتی در یاتاقانها و پیشگیری از صدمه دیدن یا به اصطلاح یاتاقان زدن ،‌درجه حرارت روغن و پوسته یاتاقان ماشینهای الکتریکی باید مورد کنترلدقیق و مداوم قرار گیرد . یکی از مشخصات اصلی روغنی که در یاتاقانها بکار می رود چسبندگی آن است که به شدت با درجه حرارت تغییر می کند . لذا دمای این روغنها باید بین 40 تا 80 درجه سانتیگراد باشد . در مناطقی که میانگین درجه حرارت روزانه محیط کمتر از 35 درجه سانتیگراد است ، می توان میزان بار تجهیزات الکتریکی را تا 20 در صد افزایش داد ، ولی باید توجه داشت که به هر حال دمای قسمتهای مختلف آن از مقادیری که درجدول 2 مشخص شده است تجاوز ننماید .

البته در این موارد بایستی میزان اضافه بار مجاز در دستورالعمل های کتبی در اختیار اپراتور قرارگیرد . بر عکس در مناطقی نیز که درجه حرارت محیط از 35 درجه سانتیگراد بالاتر می رود ، باید بار نامی طبق دستورالعمل کارخانه سازنده کاهش داده شود .

ژنراتورهای سنکرون

تغییرات ولتاژ در ترمینالهای ژنراتور های سنکرون به میزان 5/0 +تثیری درقدرت نامی نخواه داشت ،ولی در صورتیکه همین تغییرات از 5 % تجاوز نماید جریان بار را نیز باید برای هر حالت خاص در مقداری که به کمک تست و یا محاسبه قابل حصول است معین نمود ، البته در هر حال نباید قدرت خروجی بیش از مقدار نامی شود .

افزایش بیش از 5% در ولتاژ ماشین موجب افزایش تلفات آهنی و نتیجتاً افزایش درجه حرارت خواهد شد که برای پیشگیری از آن باید بار خروجی را به میزان مناسب کاهش داد و نیز اگر ولتاژ نامی از ترمینالهای ژنراتور بیش از 5% کاهش یابد ، می توان با افزودن جریان بار (جریان استاتور)قدرت ظاهری ماشین را به مقدار نامی نزدیک نمود .

ولی به هر حال باید توجه داشت که اضافه جریان مجاز در استاتور فقط 5% و اضافه ولتاژ مجاز فقط 10% مقدار نامی باشد . ژنراتورها عموماً برای کار در ولتاژهای 15/3 ، 3/6 ، 5/10 ، 8/13 ، 75/15 ، 18 . 20 . 24 کیلو ولت و ضریب توان های 8/0 . 85/0 ، 9/0 و درجه حرارت مایع و یا گاز خنک کننده در 40 درجه سانتیگراد ساخته می شوند . (کندانسورها فقط با ولتاژهای 3/6 . 75/15 کیلو ولت طراحی می شوند ).

البته روشن است که ولتاژهای کم برای ماشینهای با ظرفیت کمتر و ولتاژهای بالا برای ماشینهای با ظرفیت بالاتر انتخابمی شوند .

برای ازولاسیون سیم پیچ استاتور ژنراتورها معمولاً عایق کلاس B به کار می رود که از جنس میکل بوده و روی ان با قیر معدنی و کاغذهای مخصوص باضریب هدایت بالا آغشته به گلسیرین فتالیت پوشانده می شود .

در عمل ابتدا سیم پیچ را تحت شرایط خلاء کاملاً خشک و گرم کرده و سپس عایق داغ را روی آن تزریق می نمایند . امروزه در ماشینهای مدرن و با ظرفیت بالا از ایزولاسیون مقاومتریکه عمدتاً از رزین (اپوکسی) تشکیل شده و در دمای 150 تا 160 درجه سانتیگراد کاملاً بهصورت منجمد باقی می ماند استفاده می کنند . برتری این نوع ایزولاسیون رد این است که در اضافه دمای شرایط کاری استحکام خود را از دست نمی دهد .

برای پیشگری از ایجاد پدیده کرونا درماشینهای با ولتاژ 10 کیلو ولت به بالا معمولاً روی عایق بین باسبارها و شیار استاتوررا با لایه ای از ماده نیمه هادی (فروس آسبست و غیره) می پوشانند . برای سیم پیچ روتور نیز غالباً از عایق کلاس B که با استفاده از عملیات حرارتی در محل فرم می گیرد استفاده می شود . برای این منظور ، ابتدا هادیها را با مکانیک سخت غلافی شکل می پوشانند و روی ان را با شارلاک و یا گلسیرین فتالیت مالیده و مجموعه رادر حالیکه تحت فشار قرار دارد به روش الکتریکی گرم می نمایند . بدین ترتیب ماده یکنواختی بوجود می آید .

کنترل درجه حرارت قسمتهای مختلف ژنراتورها از اهمیت ویژه ای برخوردار است . در این رابطه باید نکات زیر را مورد توجه قرار داد :

الف ) دمای سیم پیچ استاتور به کمک ترمورزیستوری که بین باسبارها در شیار و یا در سربندی کلافها قرار دارد ، اندازه گیری شده و دمای بدنه استاتور نیز توسط ترمورزیستور واقع در کف شیار کنترل می شود . دمای سیم پیچ روتور نیز به کمک تست مقاومت اهمی سیم پیچ مشخص می گردد .

ب ) درجه حرارت سیم پیچ استاتور و روتور نباید به ترتیب از مقادیر120و 130 درجه سانتیگراد تجاوز نماید و به تعبیر دیگر افزایش دمای مجاز برای قسمتهای فوق نسبت به دمای نرمال یک گاز خنک کننده (40 درجه سانتیگراد ) به ترتیب 80 و 90 درجه سانتیگراد می باشد . اگر در ایزولاسیون سیم پیچ استاتور ترکیباتی از قیر بکار رفته باشد ، ماکزیمم درجه حرارت مجاز به 105 درجه سانتیگراد کاهس می یابد .

سیستم تحریک ژنراتورها معمولاً به صورتی طراحی می شود که بتواند برای مدت کوتاهی ولتاژ خود را به 3/1 تا 5/3 برابر مقدار نامی افزایش دهد . این شرایط برای لحظاتی که شبکه تحت اتصال کوتاه قرار دارد مورد نیاز می باشد . علاوه براین سیسصتم تحریک باید مجهز به کنترل اتوماتیک باشد تا ولتاژ ترمینالهای ژنراتور را علی رغم تغییرات سطح ولتاژ ، میزان بار و ضریب توان درشبکه قدرت به طور اتوماتیک در مقادیر مورد نظرتثبیت نماید . امروزه کلیه ماشینهای سنکرون مدرن دارای سیستم ویژه ای جهت کنترل اتوماتیک تحریک می باشند .

این سیستم باید به طور مداوم وصل بوده و به هیچ وجه حتی در موقع قطع و یا زمان راه اندازی ماشین نیز نباید آن را از مدار خارج نمود و پرسنل بهره بردار برای انجام کارهای خود حق ایجاد هیچگونه تغییر و یا اختلالی در این سیستم را ندارد . در خلال اتصال کوتاههایی که در شبکه قدرترخ می دهد معمولاً افت ولتاژ شدیدی بروز می نماید . در چنین حالتی ژنراتورهاباید با افزایش سریع در نیروی الکتروموتوری خود ضمن تثبیت ولتاژ در ترمینالهای ژنراتور بار راکتیو مورد نیاز شبکه را تامین نموده ومانع پیدایش عدم تعادل در ان بشوند .

این عمل به طور اتوماتیک و توسط سیستمی موسوم به سیستم فورسینگ صوت می گیرد که ولتاژ اکسایتر را به طور آنی تا مقدار ماکزیمم خود افزایش می دهد . البته این اضافه بار برای ژنراتور و سیستم تحریک آن بیش از یک دقیقه قابل تحمل نبوده و پس از ان ماشین به طور اتوماتیک به وضعیت نرمال خود برگشت خواهد نمود .

راه اندازی مجدد موتورها پس از برگشت ولتاژ

در موارد زیادی ممکن است ولتاژ شبکه به طورموقت افت نموده و یا کاملاً قطع و مجدداً به حالت اولیه برگشتنماید . در چنین حالتی سرعت موتورهای الکتریکی نیز تناسب به حالت اولیه برگشت نماید . در چنین حالتی سرعت موتورهای الکتریکی نیز متناسب با افت ولتاژ کاهش خواهد یافت . اصولاً مدتی که از زمان قطع ولتاژ از روییک موتور تا ایستادن کامل آن به طول می انجامد ، به پریود استپ موتور شهرت داشته و در مورد مکانیزمهای مختلف ممکن است از چند ثانیه تا چند ده ثانیه طول بکشد . اگر مدت زمان کاهش ولتاژ و یا قطع موقت برق شبکه از تاخیر زمانی رله های حفاظت ولتاژ پایین باس کمتر باشد ، در این خلال مدار موتور قطع نشده و پس از برگشت ولتاژ به حالت اولیه پدیده ای که اصطلاحاً به راه اندازی مجدد موسوم است به وقوع می پیوندد . بدینترتیب هر چه فاصله زمانی کاهش ولتاژ کوتاهتر باشد به همان میزان نیز راه اندازی مجدد راحتتر صورت می گیرد . د رراه اندازی مجدد نیز جریان مصرفی سیستم چند برابر مقدار نامی می شود که در اینصورت اگر کلیه موتورهای منشعب از یک باس بخواهند همگی با هم از حالت قطع راه اندازی مجدد شوند، جریان مصرفی به اندازه مجموع جریانهای راه اندازی موتورها بوده و افت ولتاژ شدیدی را ایجاد می کندکه باعث تحریک رله های اضافه بار شده و عمل راه اندازی را غیرممکن می سازد. لذا اگر راه اندازی جمعی موتورها غیر قابل انجام باشد ،باید تدابیری اندیشید که ابتدا موتورهایی که نقش حیاتی دارند راه اندازی شوند و سپس بقیه مصرف کننده ها بکار بیفتند.

موتورهای اصلی واحد معمولاً به کمک حفاظت ولتاژ کم که عموماً در 30 در صد افت ولتاژ و یا تاخیر یک تا دو ثانیه عمل می کند از شبکه جدا می شوند.

زمان لازم برای عملکرد خود رله های حفاظتی نیز مجموعاً حدود 5/0 ثانیه است . بنابراین در تعویض با سبارها موقعی می توان از راه اندازی مجدد الکتروموتورهای اساسی واحد اطمینان حاصل نمود که مدت عمل تعویض از 5/2 ثانیه تجاوز ننماید .

به هر حال عدم استفاده از راه اندازی مجدد الکتروموتورها موجب بروزاختلالات پی در پی در پروسه تولید واحد می شود .

لازم به ذکر است که در مکانیزمهایی که با ممان اینرسی ثابت کار می کنند کاهش ولتاژ موتور تا 80 در صد و در مورد پمپها و فنها تا 65 در صد مقدار نامی نیز برای مدت محدودی اشکال اساسی در ادامه کار سیستم بوجود آورد .

با توجه به اینکه کنترل به وسیله مادون قرمز در کنترل پروسه های صنعتی نقش مهمی را ایفا می نماید و از آن معمولاً برای تشخیص عبور جسم استفاده می شود پروژه خود را در زمینه کنترل به وسیله مادون قرمز ارائه می نمایم

 

فهرست مطالب

عنوان صفحه

مقدمه ......................................... 1

اشعه مادون قرمز و نحوه آشکار سازی آن........... 2

کاربرد مادون قرمز در صنعت ..................... 10

دیودهای مولد اشعه مادون قرمز .................. 13

منبع تغذیه .................................... 15

یکسو کننده ها.................................. 16

رگولاتورها...................................... 20

رله............................................ 26

اسیلاتور........................................ 28

شماتیک مدار ................................... 40

فیبر مدار چاپی ................................ 43

ضمیمه ......................................... 44

منابع و مآخذ

 

مقدمه

با توجه به اینکه کنترل به وسیله مادون قرمز در کنترل پروسه های صنعتی نقش مهمی را ایفا می نماید و از آن معمولاً برای تشخیص عبور جسم استفاده می شود. پروژه خود را در زمینه کنترل به وسیله مادون قرمز ارائه می نمایم.

من بر این باورم که کار با کاستی نواقص همراه است، امیدوارم که در این پروژه مورد توجه خواننده قرار گیرد. همچنین از کسانی که می توانند در رفع این نواقص کمک نمایند، خواهشمندم که موضوع مورد نظر را به Email زیر ارسال نماید.

Email : www.khoyyaat.nee@yahoo.com

لازم می دانم از مهندس امام حسینی و مهندس خواجه منصوری تشکر به جا آورم که در اتمام این پروژه با اینجانب همکاری تام نمو ده اند.

 

اشعه مادون قرمز

مادون در لغت به معنای زیر دست و قرمز به معنای هر چه به رنگخون باشد، است. پس میتوان گفت که مادون قرمز اشعه بسیار ریز و قرمز رنگ است. اشعه مادون قرمز یا فرو سرخ ، انرژی الکترومغناطیسی است که برای چشم انسان نامرئی است و در طیف الکترومغناطیسی ، بین امواج رادیویی و نور مرئی قرار دارد و با سطوح انرژی اتمی ارتباط دارد. این اشعه که در نور خورشید و منابع مصنوعی وجود دارد، اگر توسط ماده جذب شود، آن را گرم می‌کند.

کشف هرسل اولنگام در ایجاد پدیده‌ای که ما آن را طیف الکترومغناطیسی مینامیم. نور مرئی و پرتوهایمادون قرمز دو نمونه اشکال فراوانی از انرژی هستند که توسط تمام اجسام موجود درزمین و اجرام آسمانی تابانده میشوند. مادون قرمز در طیف الکترومغناطیسی دارایمحدوده طول موجی بین 78/0 تا 1000 میکرو متر است. تنها با مطالعه این تشعشعات است که می توانیم اجرام آسمانی را تشخیص و تمیز دهیم و تصویری کامل از چگونگی ایجاد جهانو تغییرات آن بدست آوریم. در سال 1800 سر ویلیام هرشل یک نمونه نامرئی از تشعشعاترا کشف کرد که این نمونه دقیقا زیر بخش قرمز طیف مرئی قرار داشت. او این شکل ازتشعشعات را مادون قرمز نامید.

سیرتحولی ورشد 

Greathouse و همکارانش طی مطالعه‌ای تاثیر لیزر مادون قرمزرا به انتقال عصبی ، عصب رادیال بررسی کردند. زمان تاخیر ، دامنه پتانسیل عمل و دما، متغیرهای مورد آزمایش مشاهده نشد.Lynn Snyder و همکارانش اثر لیزر کم توان هلیوم - نئون را بر زمان تاخیر شاخه حسی عصب رادیال در دو گروه لیزر و پلاسبو بررسینمودند و مشاهده کردند که در گروه لیزر ، افزایش معنی دارا در زمان تاخیر حسی پس ازبکارگیری لیزر ایجاد گردیده است.

Bas Ford و همکارانش طی مطالعه‌ای اثرلیزر کم توان هلیوم - نئون را بر شاخه حسی اعصاب رادیال و مدین بررسی کردند. هیچاختلاف معنی داری در دامنه پتانسیل عمل ، زمان تاخیر و دما ساعد بعد از بکارگیریلیزر مشاهده نشد.Baxter و همکارانش افزایش معنی دار در زمان تاخیر عصب مدین بعد ازبکارگیری لیزر گرارش کردند. Low و همکارانش کاهش دما را به دنبال تابش لیزر کم توانمادون قرمز دیدند.

گسترده اشعه مادون قرمز

منطقه اشعه مادون قرمز بین طول موجهای 0.8 میکرومتر (که حد نور مرئی است) و 343 میکرومتر قرار دارد.

در اشعه مادون قرمز طول موجهای کوتاهتر از 1.5 میکرومتر از پوست می‌گذرند و بقیه جذب شده و تولید حرارت می‌کنند. اشعه مادون قرمز را به دو قسمت تقسیم می‌کنند:

• طول موجهای بین 0.8 میکرومتر تا 4 میکرومتر.
• · طول موجهای بلندتر از 4 میکرومتر که اغلب بوسیله مواد جذب می‌شوند، بخصوص طول موجهای بلندتر از 10 میکرومتر بوسیله هوا کاملا جذب می‌شوند.

جذب اشعه مادون قرمز

• · آب یکی از مواد خیلی جاذب اشعه مادون قرمز است. محلول نمک طعام در حدود 20 برابر آب خالص اشعه را جذب می‌کند.
• · شیشه معمولی برای اشعه مادون قرمز بلند به کلی غیر قابل نفوذ است و مورد استفاده آن در ساختن گلخانه‌ها برای حفظ گلها از سرما به سبب همین خاصیت است.

 

 

منابع اشعه مادون قرمز

منبع طبیعی

بزرگترین منبع طبیعی اشعه مادون قرمز ، خورشید است. مقداری از نور آفتاب که به ما می‌رسد، دارای اشعه مادون قرمز کوتاه است، زیرا پرتوهای مادون قرمز بلند آن در طبقات هوا جذب شده‌اند.

منبع مصنوعی

اجسام ملتهب

• · بهترین منبع مصنوعی برای اشعه مادون قرمز، اجسام ملتهب می‌باشند که طول موج آنها بر حسب درجه حرارت تغییر می‌کند. اگر بخواهیم اشعه مادون قرمز تنها داشته باشیم، باید نور این قبیل منابع مصنوعی را بوسیله شیشه‌هایی که در ترکیب آنها ید و یا اکسید منگنز دو (MnO) وجود دارد، صاف کنیم. این نوع صافیها طیف مرئی را جذب می‌کند و فقط اشعه مادون قرمز کوتاه را عبور می‌دهند.

عبور حریان الکتریکی از مقاومتها

روش دیگر که سهل و عملی است، عبور جریان الکتریکی از مقاوتهای فلزی است، بطوری که این مقاوتها سرخ می‌شوند. این مقاومتها غالبا از آلیاژهای آهن و نیکل ساخته شده‌اند.

• · چراغ با مفتول زغال چراغهایی که مفتول آنها از زغال چوب ساخته شده است، نیز به نسبت زیاد اشعه مادون قرمز دارند. در این چراغ نسبت اشعه کوتاه بین 1 میکرومتر و 7 میکرومتر خیلی کم ، ولی نسبت اشعه مادون قرمز بلند آن زیاد است.
• · چراغ بخار جیوه چراغ بخار جیوه نیز ، اشعه مادون قرمز با طول موج کوتاه بین 0.92 میکرومتر و 1.3 میکرومتر تولید می‌کند، ولی نسبت اشعه حاصله نسبت به سایر منابع کمتر است.

اندازه گیری اشعه مادون قرمز

برای اندازه گیری اشعه مادون قرمز از جذب انرژی حرارتی آن استفاده می‌نمایند، یعنی این اشعه را به جسمی می‌تابانند که بتواند کلیه انرژی را جذب کند و سپس مقدار حرارتی را که در جسم مزبور تولید گشته ، اندازه می‌گیرند.

• · پیل ترموالکتریکی : وسیله دقیق دیگر برای اندازه گیری اشعه مادون قرمز ، استفاده از پیل ترموالکتریک می‌باشد که در آن انرژی حرارتی تبدیل به انرژی الکتریکی می‌شود و به سهولت قابل اندازه گیری است.
• · سوزن ترموالکتریک : برای اندازه گیری درجه حرارت در داخل نسوج زنده از دستگاهی به نام سوزن ترموالکتریک استفاده می‌کنند.

خواص فیزیولوژیکی اشعه مادون قرمز

• اشعه مادون قرمز سبب گرم شدن پوست و نسج سلولی زیر جلدی می‌شود.
• اشعه مادون قرمز ممکن است در پوست سوختگی‌های نسبتا شدیدی ایجاد نماید.
• · اگر اشعه مادون قرمز را به مقدار مناسب بکار برند، در نتیجه اتساع رگهای زیر پوست ، سبب تسهیل اعمال فیزیولوژیک پوست می‌شود و حتی از راه عکس‌العمل پوستی در بهبودی حال عمومی ‌نیز می‌تواند موثر واقع شود.
• · این اشعه خاصیت تسکین درد را نیز دارد که علت آن همان اتساع عروق و بهتر انجام گرفتن عمل رفع سموم و تغذیه بافتها است.

کاربرد اشعه مادون قرمز

• ترموگرافی
• طیف سنجی
• بالا بردن متابولیسم

فرآیند جذب مادون قرمز

مانند انواع دیگر جذب انرژی ، موقعی که مولکولها ، اشعه مادون قرمز را جذب می‌کنند، به حالت انرژی بالاتر برانگیخته می‌گردند. جذب تابش مادون قرمز مانند هر فرآیند جذب دیگر ، یک فرآیند کوانتایی است، بدین صورت که فقط فرکانسهایی مشخص از تابش مادون قرمز توسط مولکول جذب می‌گردد. جذب تابش مادون قرمز با تغییر انرژی بین( (KJ/mol 8-40 همراه است.

تابشی که دارای چنین انرژی باشد، فرکانسهای ارتعاشی کششی و خمشی پیوندهای کوالانسی اکثر مولکولها را شامل می‌گردند. در فرآیند جذب ، فرکانسهایی از اشعه مادون قرمز که با فرکانسهای ارتعاشی طبیعی مولکول مورد نظر تطبیق کند، جذب خواهد شد و انرژی جذب شده برای افزایش دامنه حرکت ارتعاشی اتصال موجود در مولکول بکار گرفته می‌شود. باید توجه داشت که تمامی پیوندهای موجود در مولکول ، قادر به جذب انرژی مادون قرمز نیستند، حتی اگر فرکانس اشعه ، کاملا با فرکانس حرکت تطبیق کند.

فقط آن پیوندهایی که دارای گشتاور دو قطبی هستند، قادر به جذب انرژی مادون قرمز خواهند بود. پیوندهای متقارن ، مثلا پیوند موجود در H₂ و Cl₂ ، اشعه مادون قرمز را جذب نمی‌کنند. یک پیوند باید خصلت یک دوقطبی الکتریکی را از خود بروز دهد که این دوقطبی با همان فرکانس اشعه ورودی متغیر است تا انتقال انرژی صورت پذیرد. بنابراین پیوندهای متقارن در مادون قرمز جذب نمی‌دهد.

اکثر پیوندهایی که چنین پدیده‌ای را دارند، پیوندهای موجود در آلکنهای متقارن و در آلکینهای متقارن هستند.

موارد استفاده از طیف مادون قرمز

چون هر پیوند ، دارای فرکانس ارتعاش طبیعی خاصی است و نیز چون یک پیوند بخصوص در دو مولکول مختلف در دو محیط متفاوت قرار دارند، بنابراین ، هیچگاه دو مولکول با ساختمانهای متفاوت جذب مادون قرمز یا به عبارت بهتر طیف مادون قرمز مشابهی نمی‌دهند. اگر چه ممکن است که بعضی از فرکانسهای جذب شده در دو مولکول مشابه باشند، اما هیچگاه دو مولکول مختلف ، طیف مادون قرمز کاملا یکسانی را نخواهند داشت. بنابراین طیف قرمز را می‌توان مانند اثر انگشت در انسان برای شناسایی مولکولها بکار گرفت.

با مقایسه طیف مادون قرمز دو ماده که تصور می‌رود مشابه باشند، می‌توان پی برد که آیا واقعا آنها یکی هستند یا نه. اگر تمام جذبها در طیف دو مولکول بر یکدیگر منطبق شوند، آن وقت به احتمال قریب به یقین دو ماده یکسان هستند. کاربرد دوم طیف مادون قرمز که مهمتر از اولی است، این است که طیف مزبور ، اطلاعاتی راجع به ساختمان یک مولکول می‌دهد. جذبهای مربوط به هر پیوند C≡N و C?C و C=O و C?X و O?H و N?H و ...) در بخش کوچکی از ناحیه ارتعاشی مادون قرمز یافت می‌شوند.

بعنوان مثال ، هر جذبی که در ناحیه 3000 ± 150() قرار داشته باشد، تقریبا همیشه نشان دهنده وجود اتصال (C?H) در هر مولکول است. نواحی کوچکی که در مادون قرمز ارتعاشی توسط انواع مختلف پیوندها اشغال می‌شوند. نواحی کوچکی که در مادون قرمز ارتعاشی توسط انواع مختلف پیوندها اشغال می‌شوند، در جدول زیر نشان داده شده اند:

 

طول موج (μm)
15.4	6.5	6.1	5.5	5	4	2.5
C?Cl	C=N	C=O	تعداد بسیار اندکی نوار		C≡C	C?H,O?H
C?O
C?N				C≡N
C?C	C=C			N=C=N,O,C,S
650	1550	1650	1800	2000	2500	4000
فرکانس (cm-1)

 

آشکار سازهای مادون قرمز :

دو نوع آشکازساز مادون قرمز وجوددارد . اشکارسازهای حرارتی که به آنها بولومتر (Bolometer) گفته می شود اشعه مادون قرمز را تبدیل به حرارت می کنند و سپس حرارت تبدیل به یک سیگنال الکتریکی متناسب با اشعه ماون قرمز می گردد . دسته دوم آشکارسازها ی فتوالکتریک می باشد که اشعه مادون قرمز را مستقیما تبدیل به سیگنال الکتریکی می کنند.

آشکارسازهای حرارتی :

در این آشکارسازها یک ترمیستور بعنوان عنصر حساس بکار می رود . ترمیستور یک مقاومت الکتریکی است که با ازدیاد حرارت ناشی از نور کاهش می یابد . بعبارت دیگر حرارت ناشی از نور مادون قرمز دریافتی ، مقاومت ترمیستور را کاهش می دهد ، در نتیجه مقدار جریان افزایش یافته و یک پالس الکتریکی تولید می شود . آشکارسازهای حرارتی در تمام طول موجهای مادون قرمز بطور یکسان عمل می کنند . آشکارسازهای مادون قرمز حرارتی دارای یک تأخیر زمانی می باشند به این ترتیب که از زمان دریافت مادون قرمز تا تبدیل آن به سیگنال الکتریکی یک فاصله کوتاه زمانی وجود دارد که این بخاطر اینست که ابتدا مادون قرمز تبدیل به حرارت و سپس تبدیل به سیگنال الکتریکی می گردد . بعلاوه حساسیت آشکارسازهای حرارتی نسبت به آشکارسازهای فتو الکتریکی به اندازه صد برابر کمتر است.

آشکارسازهای فتو الکتریک:

این آشکارسازها از یک نیمه هادی تشکیل شده اند که بر اثر تابش مادون قرمز یک جریان و یا ولتاژ الکتریکی ایجاد می کنند . این آشکارسازها خیلی حساس تر از آشکارسازهای حرارتی می باشند ولی پاسخ آنها تا یک طول موج خاص می باشد . حساسیت این آشکارسازها با کمتر کردن درجه حرکت مولکولها ی نیمه هادی کمتر شده و در نتیجه مقدار اغتشاشات خود آشکارساز کاهش می یابد.

طراحی آشکارسازهای مادون قرمز :

تا اینجا با شدت امواج مادون قرمز ، اثر فسفر برروی این امواج و آشکارسازهای آن آشنا شدیم . حال می خواهیم ببینیم که برای طراحی آشکار ساز مادون قرمز باید چه پارامترهایی را در نظر گرفت . فرض کنیم که بدنه داغ هواپیما مورد نظر ماست و می خواهیم توسط امواج مادون قرمزی که از بدنه هواپیما ی مافوق صوت خارج می شود هدف را کشف کنیم . می دانیم که ماکزیمم دامنه امواج در این حالت در روی 4 میکرون است . از طرفی این طول موج بخوبی از آتمسفر عبور می کند بنابراین لازم نیست که طول موجهای مجاور را انتخاب کنیم ( در صورتیکه جذب اتمسفر روی 4 میکرون زیاد باشد باید امواج حوالی 4 میکرون را که آتمسفر جذب کمتری روی آنها دارد انتخاب شوند . ) مرحله ی بعدی انتخاب نوع آشکارساز است . سولفید سرب و فلورید سرب روی 4 میکرون حساسیت خوبی دارند . بنابراین هر کدام از اینها می توانند انتخاب شوند . یک نکته که در مورد آشکارسازها قابل اهمیت است این که این آشکارسازها فقط روی امواج کوتاه حساسیت زیادی دارن د و در طول موجهای بالاتر نمی توان از آن ها استفاده نمود ، بعلاوه در امواج کوتاه نیز این آشکارسازها باید خنک شنود بنابراین سنگین و گران قیمت می شوند . به همین جهت است که در بعضی از موارد آشکارسازها ی حرارتی که حساسیت کمتری دارند ولی در عوض سبکتر و ارزانتر می باشند ، ترجیح داده می شوند.

هدایت توسط مادون قرمز :

سیستم های هدایت توسط مادون قرمز غیر فعال می باشند، بعبارت دیگر تنها گیرنده امواج مادون قرمز هستند و خود موجی را نمی فرستند . به همین جهت از سیستم های هدایت راداری بسیار ساده تر می باشند . در یک سیستم هدایت مادون قرمز ساده امواج مادون قرمز دریافتی توسط آینه سهموی روی کانون متمرکز می گردد و در روی کانون آشکارساز مادون قرمز قرار دارد . معمولا در این قسمت مجموعه ای از آینه ها و عدسیهای مرکب بکار می رود که ماکزیمم مقدار اشعه مادون قرمز بدست می آید. امواج مادون قرمز دریافتی تبدیل به سیگنالهای الکتریکی شده و توسط تقویت کننده تقویت می شود. سیستم کنترل این امواج دریافتی را تبدیل به فرمان های مناسب برای اصلاح مسیر موشک می کند بطوریکه همواره موشک ماکزیمم امواج مادون قرمز را از هدف دریافت کند.

نتایج اشعه مادون قرمز 

گرمایی که ما از خورشید یا از یک محیط گرم احساس میکنیم،همان تشعشعات مادون قرمز یا به عبارتی انرژی گرمایی است. حتی اجسامی ‌که فکر میکنیمخیلی سرد هستند، نیز از خود انرژی گرمایی منتشر میسازند (یخ و بدن انسان). سنجش وارزیابی انرژی مادون قرمز ساطع شده از اجرام نجومی ‌به علت اینکه بیشترین جذب را دراتمسفر زمین دارند مشکل است. بنابراین بیشتر ستاره شناسان برای مطالعه انتشار گرمااز این اجرام از تلسکوپهای فضایی استفاده میکنند.

 

 

 

 

کاربرد مادون قرمز در صنعت

مادون قرمز در نجوم 

تلسکوپها و آشکارسازهاییکه توسط ستاره شناسان مورد استفاده قرار میگیرند نیز از خودشان انرژی گرمایی منتشرمیسازند. بنابراین برای به حداقل رساندن این تاثیرات نامطلوب و برای اینکه بتوانحتی تشعشعات ضعیف آسمانی را هم آشکار ساخت، اخترشناسان معمولا تلسکوپها و تجهیزاتخود را به درجه حرارتی نزدیک به 450?F ، یعنی درجه حرارتی حدود صفر مطلق ،میرسانند. مثلا در یک ناحیه پرستاره ، نقاطی که توسط نور مرئی قابل رویت نیستند، بااستفاده از تشعشعات مادون قرمز بخوبی نشان داده میشود. همچنین مادون قرمز میتواندچند کانون داغ و متراکم را همره با ابرهایی از گاز و غبار نشان دهد. این کانونهاشامل مناطق پرستاره‌ای هستند که در واقع میتوان آنها را محل تولد ستاره‌ای جدیددانست. با وجود این ابرها ، رویت ستاره‌های جدید با استفاده از نور مرئی به سختیامکانپذیر است.

اما انتشار گرما باعث آشکار شدن آنها در تصاویر مادون قرمزمیشود. اختر شناسان با استفاده از طول موجهای بلند مادون قرمز میتوانند به مطالعهتوزیع غبار در مراکزی که محل شکل گیری ستاره‌ها هستند، بپردازند. با استفاده از طولموجهای کوتاه میتوان شکافی در میان گازها و غبارهای تیره و تاریک ایجاد کرد تابتوان نحوه شکل گیری ستاره‌های جدید را مورد مطالعه قرار داد. فضای بین ستاره‌ای درکهکشان راه شیری ما نیز از توده‌های عظیم گاز و غبار تشکیل شده است. این فضاهای بینستاره‌ای یا از انفجارهای شدید نواخترها ناشی شده‌اند و یا از متلاشی شدن تدریجیلایه‌های خارجی ستاره‌هایی جدید از آن شکل میگیرند. ابرهای بین ستاره‌ای که حاویگاز و غبار هستند، در طول موجهای بلند مادون قرمز خیلی بهتر آشکار میشوند (100برابر بیشتر از نور مرئی).

اخترشناسان برای دیدن ستاره‌های جدید که توسطاین ابرها احاطه شده‌اند، معمولا از طول موجهای کوتاه مادون قرمز برای نفوذ درابرهای تاریک استفاده میکنند. اخترشناسان با استفاده از اطلاعات بدست آمده ازماهوارهای نجومی ‌مجهز به مادون قرمز صفحات دیسک مانندی از غبار را کشف کردند کهاطراف ستاره‌ها را احاطه کرده‌اند. این صفحات احتمالا حاوی مواد خامی ‌هستند کهتشکیل دهنده منظومه‌های شمسی هستند. وجود آنها خود گویای این است که سیاره‌ها درحال گردش حول ستاره‌ها هستند.

مادون قرمز درپزشکی

اگر نگاه دقیق و علمی ‌به یک طیف الکترومغناطیسیبیندازیم، میبینیم که از یک طرف طیف تا سوی دیگر آن ، انواع تشعشعات و پرتوها براساس طول موج و فرکانس‌های مختلف قرار دارند، از آن جمله میتوان به تشعشعات گاما ،اشعه ایکس ، ماورای بنفش ، نور مرئی ، مادون قرمز و امواج رادیویی اشاره کرد. هرکدام از این پرتوها و تشعشعات همگام با پیشرفت بشر ، به نوبه خود چالش‌هایی را درزمینه‌های علمی ‌پدید آورده‌اند که در اینجا علاوه بر کاربرد مادون قرمز در شاخهستاره شناسی ، اشاره‌ای به کارآیی چشمگیری این پرتو در رشته پزشکی خواهیم داشت.

کاربرد درمانی مادونقرمز

بکاربردن گرما یکی از متداولترین روشهای درمان فیزیکی است. از موارد استعمال درمانیمادون قرمز موارد زیر را میتوان ذکر کرد.

تسکین درد

با وجود حرارت ملایم ، کاهش درد به احتمال زیاد بواسطه اثرتسکینی بر روی پایانه‌های عصبی ، حسی ، سطحی است. همچنین به علت بالا رفتن جریانخون و متعاقب آن متفرق ساختن متابولیتها و مواد دردزای تجمع در بافتها ، درد کاهش می یابد.

استراحت ماهیچه

تابشاین اشعه راه مناسبی برای درمان اسپاسم و دستیابی به استراحت عضلانی میباشد.

افزایش خون رسانی

در درمانزخمهای سطحی و عفونتهای پوستی ، برای اینکه فرآیند ترمیم به خوبی انجام گیرد، بایدبه مقدار کافی خون به ناحیه مورد نظر برسد و در صورت وجود عفونت نیز افزایش گردشخون سبب افزایش تعداد گلبولهای سفید و کمک به نابودی باکتریها میکند. از این پرتومیتوان برای درمان مفصل آرتوریتی و ضایعات التهابی نیز استفاده کرد.

کاربرد تشخیصی مادونقرمز

از مهمترین کابردهای تشخیصی آن می توان توموگرافی را نام برد. اصطلاح ترموگرافی به عمل ثبت و تفسیر تغییراتی که در درجه حرارت سطح پوست بدن رخ میدهد، اطلاق می شود. تصویر حاصل از اینروش که توموگرام نامیده می شود، بخش الگوی حرارتی سطح بدن را نشان میدهد. درتوموگرافی، آشکار ساز، تشعشع حرارتی دریافت شده توسط دوربین را به یک سیگنال الکترونیکی تبدیل می کند و سپس آن را علاوه بر تقویت بیشتر ، پردازش می کند تا اینکه یک صفحه کاتودیک مثل مونیتور تلویزیون آشکار شود.

تصاویر بدست آمده به صورت سایه‌های خاکستری رنگ می باشند، بدین معنی که سطوح سردتر به صورت سایه‌های خاکستری روشن دیده می شوند و در نوع رنگی آن نیز نواحی گرم، رنگ قرمز و نواحی سرد، رنگ روشن خواهند داشت. درجه حرارت پوست بدن در نتیجه فرآیندهای فیزیکی، فیزیولوژیک طبیعی یا بیماری تغییر می کند. از این خاصیت تغییر گرمایی در عضوی خاص یا در سطح بدن برای آشکارسازی یک بیماری استفاده می شود که مهمترین آنها به قرار زیر است.

کاربرد ترموگرافی در مامائی

چون جفت از فعالیت بیولوژیکی زیادی برخوردار است. درجه حرارت حاصله در این محل بطور قابل ملاحظه‌ای از بافتهای اطراف بیشتر است. پس می توان از توموگرافی برای تعیین محل جفت استفاده کرد.

ضررهای مادون قرمز

از طرف دیگر خطرهایی نیز در استفاده از مادون قرمز وجود دارد که میتوان به سوختگی الکتریکی (دراثر اتصال بدن به مدارات الکتریکی دستگاه) سر درد، تولید ضعیف در بیمار و آسیب به چشمها در اثر تابش مستقیم پرتو اشاره کرد.

دیودهای مولد اشعه مادون قرمز :

در دستگاههای مادون قرمز از دیودهای خاصی استفاده می شود که ساختمان آنها اساسا همان پیوند مواد نیمه رسانای P-N است در این دیودها از نیمه هادی گالیم ارسناید (آرسنیک ) که با افزودن ناخاصیهای بدل به مواد P,N شده اند استفاده می شود علت تولید اشعه مادون قرمز ترکیب شدن الکترونهای لایه N با حفره های لایه P در محل تماس و آزاد شدن انرژی بصورت فوتون می باشد .

یکی از نخستین دستگاههای که از دیود گالیم آرسناید استفاده کرد دیستومات DI10 ساخت شرکت ویلد در سال1968 بود شکل 5-3 نمائی از چنین دیودهای را نشان می دهد استفاده از صمغ اپوکسی برفراز ناحیه نشر اشعه مادون قرمز باعث پلاریزه شدن نور و جبران پراکندگی زاویه فاز موج تولیدی است سرعت بالای این دیودها نسبت به تغییرات ولتاژ اعمال شده باعث می شود تا براحتی بتوان از طریق مدولاسیون مستقیم دامنه عمل مدولاسیون رابه انجام رساند مصرف اندک این دیودها نیز از دیگر مزایای آنهاست .

 

با استفاده از دیودها با مقدار ناخالصی افزونتر و شدت جریان عبوری قویتر می توان به کمک این دیودها اشعه لیزری تولید کرد در مورد سیستم لیزر بیشتر از اشعه پالسی استفاده می شود تا موج پیوسته امروزه در سیستمهای لیزری بسته به مورد هرجا که امکان آن باشد بجای سیستمهای گازی لیزر از دیودهای تولید کننده اشعه لیزر استفاده می شود.

دیودهای نوری : اساس کار این دیود مانند دیود نوع قبل است در دیودهای گالیوم آرسناید انرژی تولیدی بیشتر بصورت حرارت (اشعه مادون قرمز) ودر دیودهای گالیوم فسفات یا گالیوم آرسناید فسفات بصورت نور مرئی است فرآیند ایجاد نور بوسله کاربرد منابع الکتریکی را الکترولومینانس نامیده می شود شکل 5-4 نمای یک دیود نوری یا LED را نشان می دهد.

امروزه دیودهای نوری با شکل ها ورنگهای مختلفی ساخته می شوند در شکل 5-4 همچنین یک دیود نوری مرکب از هفت دیود دیده می­شود که به آن هفت قطعه یا سون مگمنت می­گویند در واقع با وصل کردن ولتاژ مناسب به چند قطعه از این سون مگمنت می توان اعداد بین صفرتا9 را نشان داد در سیستمهای جدید برای نمایش طول اندازه گیری شده از مجموعه ای از چند سون مگمنت استفاده می­شود طبعا کنترل نحوه روشن روشن شدن این دیودها توسط مدار منطقی و ریز پردازنده موسوم به واحد کنترل پردازش یا سی پی یو صورت می گیرد عمر دیودهای نوری به صد هزار ساعت می رسد.