橢球腔體熱釋電傳感器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及紫外、可見(jiàn)及近紅外寬譜段傳感器領(lǐng)域，具體涉及對(duì)200?800nm波段范圍內(nèi)的大發(fā)散角入射光進(jìn)行熱輻射強(qiáng)度測(cè)試的熱釋電傳感器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]熱釋電傳感器是一種非常具有應(yīng)用潛力的傳感器。早在1938年就有人提出利用熱釋電效應(yīng)探測(cè)紅外輻射，但當(dāng)時(shí)并未受到重視。直到20世紀(jì)60年代，隨著激光、紅外技術(shù)的迅速發(fā)展，才又推動(dòng)了對(duì)熱釋電效應(yīng)的研究和對(duì)熱釋電晶體的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。熱釋電傳感器的應(yīng)用大都圍繞對(duì)紅外譜段熱輻射強(qiáng)度的測(cè)試，在紫外譜段測(cè)試方面應(yīng)用較少。目前，常用硅探測(cè)器來(lái)進(jìn)行紫外譜段測(cè)試，但由于硅探測(cè)器自身的材料屬性限制，其在240nm?280nm日盲紫外譜段的測(cè)試準(zhǔn)確性較低，不確定度通常為其在可見(jiàn)譜段測(cè)試不確定度的5倍。將熱釋電傳感器經(jīng)過(guò)鍍膜后應(yīng)用在紫外譜段測(cè)試很好的解決了上述問(wèn)題。
[0003]為得到對(duì)波長(zhǎng)響應(yīng)穩(wěn)定，在測(cè)量波段光譜響應(yīng)度也穩(wěn)定的熱釋電傳感器，可將熱釋電芯片密封在腔體內(nèi)部，文獻(xiàn)公開(kāi)記載的腔體熱釋電傳感器主要有球狀體和三棱體，其缺點(diǎn)在于當(dāng)入射光以較大發(fā)散角入射時(shí)，腔體熱釋電傳感器的吸收效率將大大降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決現(xiàn)有腔體熱釋電傳感器存在當(dāng)入射光以較大發(fā)散角入射時(shí)，腔體熱釋電傳感器的吸收效率大大降低導(dǎo)致輻射強(qiáng)度測(cè)試準(zhǔn)確性差的問(wèn)題，提供一種橢球腔體熱釋電傳感器系統(tǒng)。
[0005]橢球腔體熱釋電傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括斬波調(diào)制器、會(huì)聚透鏡、熱釋電傳感器芯片、電流前置放大器和鎖相放大器;在橢球腔體上設(shè)有入光口，其特征是，所述熱釋電傳感器芯片位于橢球腔體內(nèi)，電流前置放大器與所述熱釋電傳感器芯片連接，鎖相放大器與所述電流前置放大器連接;所述橢球腔體的長(zhǎng)軸、中軸長(zhǎng)度均為橢球腔體焦距的二倍，所述熱釋電傳感器芯片的中軸線位于所述橢球腔體長(zhǎng)軸上，熱釋電傳感器芯片中心與所述橢球腔體長(zhǎng)軸中心重合；
[0006]入射光依次經(jīng)斬波調(diào)制器和會(huì)聚透鏡后，經(jīng)入光口進(jìn)入橢球腔體，所述熱釋電傳感器芯片吸收入射光，并將熱能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出至電流前置放大器，所述電流前置放大器放大熱釋電傳感器芯片的電信號(hào)并輸出至鎖相放大器，鎖相放大器提取有效電信號(hào)。
[0007]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明涉及的橢球腔體熱釋電傳感器，腔體內(nèi)壁鍍鋁膜，熱釋電芯片鍍金黑涂層，將其應(yīng)用于紫外譜段的高精度測(cè)試;且提出了新的橢球腔體結(jié)構(gòu)，有效解決了入射光大發(fā)散角入射時(shí)，傳感器吸收效率明顯降低導(dǎo)致測(cè)試不確定度大大增加的問(wèn)題。采用本發(fā)明所述的熱釋電傳感器系統(tǒng)，解決了 240nm?280nm日盲紫外譜段的測(cè)試不確定度較高的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明所述的橢球腔體熱釋電傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0009]圖2中圖2a至圖2d為本發(fā)明所述橢球腔體熱釋電傳感器系統(tǒng)的仿真圖；其中，圖2a為熱釋電傳感器的光線追跡圖，圖2b為入射光被熱釋電傳感器第一次吸收的吸收效率圖，圖2c為入射光被熱釋電傳感器第二次吸收的吸收效率圖，圖2d為入射光被熱釋電傳感器第三次吸收的吸收效率圖。
[0010]圖3中圖3a至圖3d為現(xiàn)有的球腔熱釋電傳感器仿真圖；其中，圖3a熱釋電傳感器的光線追跡圖，圖3b為入射光被熱釋電傳感器第一次吸收的吸收效率圖，圖3c為入射光被熱釋電傳感器第二次吸收的吸收效率圖，圖3d為入射光被熱釋電傳感器第三次吸收的吸收效率圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1至圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，橢球腔體熱釋電傳感器系統(tǒng)，包括斬波調(diào)制器1，安置在會(huì)聚透鏡前，消除雜散光，對(duì)入射光起斬波調(diào)制作用;會(huì)聚透鏡2，置于所述斬波調(diào)制器1與橢球腔體3的入光口之間，使入射光全部聚焦于入光口處;橢球腔體3，腔體上開(kāi)一入光口，用于充分收集入射光，改善熱釋電傳感器芯片4的光譜選擇性；
[0012]熱釋電傳感器芯片4，位于所述橢球腔體內(nèi)，用于吸收入射光輻射并轉(zhuǎn)化為熱能；電流前置放大器5，與所述熱釋電傳感器芯片4相連，用于放大傳感器輸出端的微弱電信號(hào)，同時(shí)匹配后續(xù)處理電路與檢測(cè)器件間的阻抗；
[0013]鎖相放大器6，與所述電流前置放大器5相連，用于濾除噪聲，提取有效電信號(hào)。
[0014]本實(shí)施方式中所述的會(huì)聚透鏡2的焦點(diǎn)位置恰好位于所述橢球腔體3的入光口處，所述橢球腔體3的長(zhǎng)軸、中軸長(zhǎng)度均為焦距的二倍，所述橢球腔體3的入光口尺寸為Φ 2mm。所述橢球腔體3內(nèi)壁涂鋁膜。所述熱釋電傳感器芯片4選擇表面涂有金黑涂層的產(chǎn)品。
[0015]本實(shí)施方式中所述的熱釋電傳感器芯片4中軸線位于所述橢球腔體3長(zhǎng)軸上，所述熱釋電傳感器芯片4中心與所述橢球腔體3長(zhǎng)軸中心重合，所述熱釋電傳感器芯片4尺寸不小于所述橢球腔體3的焦距，作為優(yōu)選的，所述熱釋電傳感器芯片4尺寸為6mmX6mm。
[0016]結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，圖2中提供入射光發(fā)散角為30°時(shí)，橢球腔體熱釋電傳感器的zemax仿真圖。其中圖2a至圖2d分別為，圖2a為橢球腔體熱釋電傳感器的zemax光線追跡圖。圖2b為入射光被熱釋電傳感器第一次吸收的吸收效率圖，圖中顯示第一次吸收效率為1。圖2c為入射光被熱釋電傳感器第二次吸收的吸收效率圖，圖中顯示第二次吸收效率為
0.9884。圖2d為入射光被熱釋電傳感器第三次吸收的吸收效率圖，圖中顯示第三次吸收效率為0.8780。
[0017]結(jié)合圖3，圖3中提供了入射光發(fā)散角30°時(shí)，球腔熱釋電傳感器的仿真圖。其中圖3a為球腔熱釋電傳感器的光線追跡圖。圖3b為入射光被熱釋電傳感器第一次吸收的吸收效率圖，圖中顯示第一次吸收效率為1。圖3c為入射光被熱釋電傳感器第二次吸收的吸收效率圖，圖中顯示第二次吸收效率為0.6734。圖3d為入射光被熱釋電傳感器第三次吸收的吸收效率圖，圖中顯示第三次吸收效率為0,3021ο
[0018]結(jié)合圖2及圖3的仿真結(jié)果對(duì)比表明，本發(fā)明可解決入射光大發(fā)散角入射時(shí)，傳感器吸收效率明顯降低導(dǎo)致測(cè)試不確定度大大增加的問(wèn)題。
[0019]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替代和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.橢球腔體熱釋電傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括斬波調(diào)制器(1)、會(huì)聚透鏡(2)、熱釋電傳感器芯片(4)、電流前置放大器(5)和鎖相放大器(6);在橢球腔體上設(shè)有入光口，其特征是，所述熱釋電傳感器芯片(4)位于橢球腔體(3)內(nèi)，電流前置放大器(5)與所述熱釋電傳感器芯片(4)連接，鎖相放大器(6)與所述電流前置放大器(5)連接;所述橢球腔體(3)的長(zhǎng)軸、中軸長(zhǎng)度均為橢球腔體(3)焦距的二倍，所述熱釋電傳感器芯片(4)的中軸線位于所述橢球腔體(3)長(zhǎng)軸上，熱釋電傳感器芯片(4)中心與所述橢球腔體(3)長(zhǎng)軸中心重合； 入射光依次經(jīng)斬波調(diào)制器(1)和會(huì)聚透鏡(2)后，經(jīng)入光口進(jìn)入橢球腔體(3)，所述熱釋電傳感器芯片(4)吸收入射光，并將熱能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出至電流前置放大器(5)，所述電流前置放大器(5)放大熱釋電傳感器芯片(4)的電信號(hào)并輸出至鎖相放大器(6)，鎖相放大器(6)提取有效電信號(hào)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橢球腔體熱釋電傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述會(huì)聚透鏡(2)位于所述斬波調(diào)制器(1)與橢球腔體(3)的入光口之間，且焦點(diǎn)位于橢球腔體(3)的入光口處。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的橢球腔體熱釋電傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述橢球腔體(3)的入光口尺寸為Φ2πιπι。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的橢球腔體熱釋電傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述橢球腔體(3)內(nèi)壁涂鋁膜。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橢球腔體熱釋電傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述熱釋電傳感器芯片(4)選擇表面涂有金黑涂層。6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的橢球腔體熱釋電傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述熱釋電傳感器芯片(4)尺寸大于等于橢球腔體(3)的焦距。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的橢球腔體熱釋電傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述熱釋電傳感器芯片(4)尺寸為6mm X 6mm。
【專(zhuān)利摘要】橢球腔體熱釋電傳感器系統(tǒng)，涉及紫外、可見(jiàn)及近紅外寬譜段傳感器領(lǐng)域該系統(tǒng)，解決現(xiàn)有腔體熱釋電傳感器存在當(dāng)入射光以較大發(fā)散角入射時(shí)，腔體熱釋電傳感器的吸收效率大大降低導(dǎo)致輻射強(qiáng)度測(cè)試準(zhǔn)確性差的問(wèn)題，包括斬波調(diào)制器，安置在會(huì)聚透鏡前，會(huì)聚透鏡置于斬波調(diào)制器與橢球腔體的入光口之間，橢球腔體，用于充分收集入射光，腔體上開(kāi)一入光口，熱釋電傳感器芯片位于橢球腔體內(nèi)，用于吸收入射光輻射并轉(zhuǎn)化為熱能；電流前置放大器與熱釋電傳感器芯片相連，用于放大傳感器輸出端的微弱電信號(hào)，鎖相放大器，與電流前置放大器相連，用于濾除噪聲，提取有效電信號(hào)。本發(fā)明用以改善光在大發(fā)散角入射情況下的輻射強(qiáng)度測(cè)試準(zhǔn)確性問(wèn)題。
【IPC分類(lèi)】G01J5/10, G01J5/08
【公開(kāi)號(hào)】CN105444892
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510759414
【發(fā)明人】閆豐, 崔穆涵, 章明朝, 周躍, 陣雪, 隋永新, 楊懷江
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【公開(kāi)日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年11月10日