一種測(cè)定熱釋電紅外探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種測(cè)定熱釋電紅外探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的方法，本發(fā)明屬于紅外探測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的測(cè)定方法首先建立熱釋電紅外探測(cè)器的三維仿真模型，然后將待測(cè)試的熱釋電紅外探測(cè)器的參數(shù)導(dǎo)入所述的三維仿真模型中，再加載環(huán)境邊界條件，待所述三維仿真模型的溫度穩(wěn)定后在三維仿真模型上持續(xù)加載仿真動(dòng)態(tài)熱輻射脈沖至達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡溫度，通過(guò)瞬態(tài)熱傳遞有限元仿真方法分析，獲得所述三維仿真模型的溫升為縱坐標(biāo)、時(shí)間為橫坐標(biāo)的曲線，所述曲線中從穩(wěn)定溫度到動(dòng)態(tài)平衡溫度時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間變化量即為所測(cè)熱釋電紅外探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間。本發(fā)明真實(shí)模擬器件工作狀態(tài)，大大減小近似計(jì)算所帶來(lái)的誤差，提高測(cè)定的準(zhǔn)確度。
【專利說(shuō)明】
一種測(cè)定熱釋電紅外探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及紅外探測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種測(cè)定熱釋電紅外探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熱釋電探測(cè)器是一種紅外輻射的探測(cè)器件，它利用熱釋電體的自發(fā)極化隨溫度變化的特性制成。這種器件在室溫下工作，具有很寬的光譜范圍和較高的探測(cè)率。在室溫工作的熱敏探測(cè)器中，它的低頻特性可與高萊管、真空熱電偶相媲美，而高頻特性則優(yōu)于任何其他熱敏探測(cè)器，被廣泛用于軍事、工業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、科學(xué)研究及環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
[0003]目前確定熱釋電紅外探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的方法通常為實(shí)驗(yàn)測(cè)量法?，F(xiàn)有的測(cè)量熱釋電探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的設(shè)備中，存在頻率難以控制、測(cè)量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、效率低等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠更為準(zhǔn)確地測(cè)定熱釋電紅外探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]—種測(cè)定熱釋電紅外探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的方法，其特征在于，包括以下順序步驟:
[0007]步驟1:建立熱釋電紅外探測(cè)器的三維仿真模型；
[0008]步驟2:將待測(cè)試的熱釋電紅外探測(cè)器的參數(shù)導(dǎo)入所述的三維仿真模型中；
[0009]步驟3:在所述的三維仿真模型上加載環(huán)境邊界條件，待所述三維仿真模型的溫度穩(wěn)定，定義此時(shí)三維仿真模型的穩(wěn)定溫度為To，然后在三維仿真模型上持續(xù)加載仿真動(dòng)態(tài)熱輻射脈沖使其達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡溫度，定義所述三維仿真模型加載仿真動(dòng)態(tài)熱輻射脈沖下的動(dòng)態(tài)平衡溫度為T;
[0010]步驟4:通過(guò)瞬態(tài)熱傳遞有限元仿真方法，獲得所述的三維仿真模型的溫升為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)的曲線；
[0011]步驟5:根據(jù)步驟4中溫升隨時(shí)間變化的曲線，得到所測(cè)熱釋電紅外探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間為所述三維仿真模型從穩(wěn)定溫度To到動(dòng)態(tài)平衡溫度T時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間變化量。
[0012]所述步驟I中可以使用任何合適的方法建立熱釋電紅外探測(cè)器的三維仿真模型；例如，本發(fā)明可以使用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)軟件建立熱釋電紅外探測(cè)器的三維仿真模型。
[0013]本發(fā)明建立的熱釋電紅外探測(cè)器的三維仿真模型可以是圓底支柱模型，也可以是各種雙支柱、四支柱或者其他適合類型的熱釋電紅外探測(cè)器的模型。即，本發(fā)明的實(shí)施例中提供的方法適應(yīng)于各種類型的熱釋電紅外探測(cè)器。優(yōu)選地，本發(fā)明可以建立一種三維仿真模型，其包括從下至上依次層疊的底層支撐層結(jié)構(gòu)、底金屬層、敏感材料層和頂金屬吸收層。其中，本發(fā)明的三維仿真模型也可以包括其他的結(jié)構(gòu)層或者以其他的結(jié)構(gòu)形式建立。
[0014]所述步驟2中，建立了三維仿真模型之后，可以將熱釋電紅外探測(cè)器的參數(shù)導(dǎo)入建立的三維仿真模型之中；本發(fā)明中熱釋電紅外探測(cè)器的參數(shù)包括熱釋電紅外探測(cè)器的各個(gè)結(jié)構(gòu)層的實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸和工藝線上材料參數(shù)。
[0015]所述步驟3中在上述優(yōu)選的三維仿真模型上加載環(huán)境邊界條件，等待三維仿真模型的仿真溫度穩(wěn)定之后再在頂金屬層表面加載仿真動(dòng)態(tài)熱輻射脈沖以使得三維仿真模型達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡溫度;其中，三維仿真模型溫度穩(wěn)定的時(shí)間為10毫秒，在所述三維仿真模型的頂金屬層表面加載所述仿真動(dòng)態(tài)熱輻射脈沖的持續(xù)時(shí)間至少為90毫秒。
[0016]本發(fā)明通過(guò)瞬態(tài)熱傳遞有限元仿真方法，獲得所述三維仿真模型的溫升隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù);然后根據(jù)此數(shù)據(jù)得到熱釋電紅外探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間。
[0017]由于熱釋電紅外探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的測(cè)定不僅跟材料參數(shù)、器件結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，還跟所加熱流大小有關(guān)，因此響應(yīng)時(shí)間計(jì)算較為復(fù)雜。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的測(cè)定熱釋電紅外探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的方法，基于精確的三維仿真模型，采用實(shí)際的熱釋電紅外探測(cè)器尺寸和工藝線參數(shù)，通過(guò)瞬態(tài)熱傳遞有限元方法分析，真實(shí)模擬器件工作狀態(tài)，從而計(jì)算熱釋電紅外探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間。本發(fā)明利用有限元仿真計(jì)算熱釋電紅外探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間將大大減小近似計(jì)算所帶來(lái)的誤差，提高測(cè)定的準(zhǔn)確度。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明測(cè)定熱釋電紅外探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的方法的流程示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明三維仿真模型的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，I為底層氧化鋁陶瓷支撐層，2為底層鎳鉻合金電極層，3為鉭酸鋰敏感層，4為頂層鎳鉻合金電極層。
[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例獲得的三維仿真模型的溫升隨時(shí)間變化的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明測(cè)試熱釋電紅外探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的方法的具體步驟。
[0022]圖1為本發(fā)明測(cè)定熱釋電紅外探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的方法的流程示意圖。
[0023]實(shí)施例:一種測(cè)定熱釋電紅外探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的方法，其順序步驟如下:
[0024]步驟1:建立熱釋電紅外探測(cè)器的三維仿真模型，如圖2所示，所述三維仿真模型包括從下至上依次層疊的底層支撐層結(jié)構(gòu)、底金屬層、敏感材料層和頂金屬吸收層；
[0025]步驟2:將待測(cè)試的熱釋電紅外探測(cè)器的參數(shù)導(dǎo)入所述的三維仿真模型中；
[0026]步驟3:在所述的三維仿真模型上加載環(huán)境邊界條件，設(shè)定所述三維仿真模型的支撐結(jié)構(gòu)底部溫度為27°C，所述三維仿真模型上加載環(huán)境邊界條件10毫秒后，定義此時(shí)三維仿真模型的穩(wěn)定溫度為To，然后在三維仿真模型上加載仿真動(dòng)態(tài)熱輻射脈沖持續(xù)90毫秒，定義所述三維仿真模型加載仿真動(dòng)態(tài)熱輻射脈沖下的動(dòng)態(tài)平衡溫度為T;
[0027]步驟4:通過(guò)瞬態(tài)熱傳遞有限元仿真方法，獲得所述的三維仿真模型的溫升為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)的曲線；
[0028]步驟5:根據(jù)步驟4中溫升隨時(shí)間變化的曲線，則熱釋電紅外探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間為所述三維仿真模型從穩(wěn)定溫度To到動(dòng)態(tài)平衡溫度T時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間變化量。
[0029]如圖3所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在加載了環(huán)境邊界條件和仿真動(dòng)態(tài)熱輻射脈沖之后，依照步驟4，通過(guò)瞬態(tài)熱傳遞有限元仿真方法，獲得所述的三維仿真模型的溫升為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)的曲線。根據(jù)溫升隨時(shí)間變化的曲線，所測(cè)熱釋電紅外探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間為從穩(wěn)定溫度To到動(dòng)態(tài)平衡溫度T時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間變化量。
[0030]以上通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于這些具體的實(shí)施例。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種測(cè)定熱釋電紅外探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的方法，其特征在于，包括以下順序步驟: 步驟I:建立熱釋電紅外探測(cè)器的三維仿真模型； 步驟2:將待測(cè)試的熱釋電紅外探測(cè)器的參數(shù)導(dǎo)入所述的三維仿真模型中； 步驟3:在所述的三維仿真模型上加載環(huán)境邊界條件，待所述三維仿真模型的溫度穩(wěn)定，定義此時(shí)三維仿真模型的穩(wěn)定溫度為To，然后在三維仿真模型上持續(xù)加載仿真動(dòng)態(tài)熱輻射脈沖使其達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡溫度，定義所述三維仿真模型加載仿真動(dòng)態(tài)熱輻射脈沖下的動(dòng)態(tài)平衡溫度為T; 步驟4:通過(guò)瞬態(tài)熱傳遞有限元仿真方法，獲得所述的三維仿真模型的溫升為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)的曲線； 步驟5:根據(jù)步驟4中溫升隨時(shí)間變化的曲線，得到所測(cè)熱釋電紅外探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間為所述三維仿真模型從穩(wěn)定溫度To到動(dòng)態(tài)平衡溫度T時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間變化量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)定熱釋電紅外探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的方法，其特征在于，所述步驟I中三維仿真模型包括從下至上依次層疊的底層支撐層結(jié)構(gòu)、底金屬層、敏感材料層和頂金屬吸收層。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種測(cè)定熱釋電紅外探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的方法，其特征在于，所述步驟3中在三維仿真模型上加載環(huán)境邊界條件中設(shè)定支撐層結(jié)構(gòu)底部溫度為27°C。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種測(cè)定熱釋電紅外探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間的方法，其特征在于，所述步驟3中三維仿真模型加載邊界條件后至達(dá)到穩(wěn)定溫度To所需時(shí)間為10毫秒。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK105930560SQ201610228278
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月13日
【發(fā)明人】劉子驥, 梁志清, 馬振東, 伍瀏權(quán), 王濤, 蔣亞?wèn)|
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)