[發(fā)明專利]一種高能量利用率的微橋結(jié)構(gòu)電阻陣列

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• 申請日: 2015-07-31
• 公開（公告）號: CN105093356A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐君;王治樂;朱瑤;周程灝;孫婷婷
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01V13/00
• 分類號: G01V13/00;G01M11/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于紅外景象仿真領(lǐng)域，涉及一種高能量利用率的微橋結(jié)構(gòu)電阻陣列。

背景技術(shù)

作為一種典型的測試系統(tǒng)，動態(tài)紅外景物模擬系統(tǒng)可對紅外熱像儀、導(dǎo)彈尋的器(紅外導(dǎo)引頭)及各種紅外探測系統(tǒng)的動態(tài)性能進(jìn)行測試與評估，從而可以減少野外試驗(yàn)次數(shù)，降低試驗(yàn)成本和風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省人力、物力和時(shí)間。動態(tài)紅外景物模擬系統(tǒng)的關(guān)鍵器件是紅外景物產(chǎn)生器。紅外景象生成器能產(chǎn)生動態(tài)紅外景物，用來模擬真實(shí)物體及其環(huán)境的紅外輻射特性。換言之，紅外景象生成器可以用來模擬供測試和定標(biāo)用的熱場景。具有微橋結(jié)構(gòu)的電阻陣列是目前重點(diǎn)發(fā)展的一種紅外景象生成器。電阻陣是由絕熱的微橋排列組成的面陣，微橋上包含電阻，電流流過電阻發(fā)熱，從而加熱絕熱微橋，發(fā)射紅外輻射。通過控制電流，可以控制微橋的溫度。通過驅(qū)動電路同時(shí)驅(qū)動不同的微橋，可以產(chǎn)生動態(tài)的紅外圖像。

微橋上的電阻產(chǎn)生的紅外輻射是向電阻的周圍空間傳播的，朝向微橋正面的紅外輻射向目標(biāo)方向傳輸，但是朝向微橋背面的紅外輻射通過絕緣層流到硅襯底和襯底下的熱沉，這部分輻射量就被浪費(fèi)了。電阻陣列產(chǎn)生的輻射量由電阻所能達(dá)到的最高溫度決定，在最高溫度不能再提高的情況下，可以通過改善微橋結(jié)構(gòu)來提高向目標(biāo)傳輸?shù)妮椛淠芰俊?/p>

發(fā)明內(nèi)容

為了解決微橋背面的紅外輻射沒有被合理利用的問題，本發(fā)明提供了一種高能量利用率的微橋結(jié)構(gòu)電阻陣列，將常見的平面襯底改為棱臺狀襯底，朝向微橋背面的紅外輻射經(jīng)棱臺表面反射后可向目標(biāo)方向傳播，且棱臺表面的低吸收率材料可降低能量的損失。在電阻所能達(dá)到的最高溫度一定的情況下，棱臺襯底微橋結(jié)構(gòu)的電阻陣列可有效提高目標(biāo)面上的輻照度，可在紅外景象仿真系統(tǒng)中作為紅外輻射源。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種高能量利用率的微橋結(jié)構(gòu)電阻陣列，包括微橋和襯底兩部分，所述微橋包含電阻輻射微單元，在電阻輻射微單元中有電流通過時(shí)，電阻輻射微單元會產(chǎn)生響應(yīng)溫度的熱輻射；所述襯底位于微橋的背面，其形狀為棱臺狀，襯底的表面涂有低吸收漫反射涂層，這樣，朝向微橋背面的紅外輻射經(jīng)棱臺面散射后，可以通過微橋結(jié)構(gòu)的間隙向目標(biāo)方向傳播。

本發(fā)明中，所述的微橋主體結(jié)構(gòu)為電阻薄片，微橋兩端是細(xì)長的立方體結(jié)構(gòu)，兩細(xì)長立方體將微橋與周圍的襯底連接，并懸空于襯底之上。

本發(fā)明中，所述的襯底底(頂)面的多邊形邊數(shù)由微橋的形狀決定。如微橋大致為四邊形，則棱臺為四棱臺。

本發(fā)明中，所述的襯底的底邊邊長與微橋尺寸與形狀有關(guān)，合理設(shè)計(jì)底邊長度可在獲得大目標(biāo)面照度時(shí)保持高占空比。

本發(fā)明中，所述的襯底的高度與微橋的尺寸及形狀有關(guān)。微橋尺寸越大，棱臺的高度就越高。若微橋?yàn)椴灰?guī)則形狀，棱臺的高度會對能反射出去的輻射量產(chǎn)生影響。

本發(fā)明中，所述的襯底的棱邊傾角與微橋的尺寸及形狀有關(guān)。當(dāng)棱邊傾角為0度時(shí)，棱臺變成了棱柱，這時(shí)的散射效率是較低的。當(dāng)棱邊傾角為90度時(shí)，底面襯底成一平面，散射效率也較低。實(shí)際的棱邊傾角應(yīng)根據(jù)微橋決定的底面邊數(shù)決定。

本發(fā)明中，所述的低吸收率漫反射涂層被涂于襯底反射面之上，來改善原襯底的散射特性，且低吸收波段要覆蓋紅外仿真系統(tǒng)平行投影透鏡的設(shè)計(jì)波段，可用的低吸收率涂層如白漆。

本發(fā)明中，將常見的平面型襯底改為低吸收率漫反射表面的棱臺狀襯底。原來微橋背面的紅外輻射會流到硅襯底和襯底下的熱沉。當(dāng)確定好棱臺的高度、底面邊數(shù)和棱邊傾角后，可以最大限度的將漫反射紅外輻射向目標(biāo)方向傳播。低吸收率的材料可以減少棱臺襯底對紅外輻射的吸收，使大部分能量反射想目標(biāo)方向。

相比于平面型襯底，本發(fā)明的有益效果是能有效提高目標(biāo)面上的輻射照度。在電阻陣列能達(dá)到的最高溫度一定的情況下，棱臺狀襯底將原來被吸收的紅外輻射向目標(biāo)方向反射，從而使到達(dá)目標(biāo)面的輻射能量變多。合理設(shè)計(jì)棱臺襯底的底面多邊形邊數(shù)、底邊長度、棱臺高度和棱邊傾角可最大限度的使反射的紅外輻射增多。低吸收漫反射涂層可顯著減少對紅外輻射的吸收。特殊的形狀和特殊的表面材料提高了微橋電阻的能量利用率。

附圖說明

圖1為棱臺狀襯底截面圖；

圖2為微橋結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖3為簡化的紅外景象仿真裝置；

圖4為常用的平面襯底電阻陣列在理想成像透鏡像面上的照度圖；

圖5為本發(fā)明所述的電阻陣列在理想成像透鏡像面上的照度圖。

具體實(shí)施方式