橢球腔體熱釋電傳感器系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及紫外、可見及近紅外寬譜段傳感器領域，具體涉及對200?800nm波段范圍內的大發(fā)散角入射光進行熱輻射強度測試的熱釋電傳感器系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]熱釋電傳感器是一種非常具有應用潛力的傳感器。早在1938年就有人提出利用熱釋電效應探測紅外輻射，但當時并未受到重視。直到20世紀60年代，隨著激光、紅外技術的迅速發(fā)展，才又推動了對熱釋電效應的研究和對熱釋電晶體的應用開發(fā)。熱釋電傳感器的應用大都圍繞對紅外譜段熱輻射強度的測試，在紫外譜段測試方面應用較少。目前，常用硅探測器來進行紫外譜段測試，但由于硅探測器自身的材料屬性限制，其在240nm?280nm日盲紫外譜段的測試準確性較低，不確定度通常為其在可見譜段測試不確定度的5倍。將熱釋電傳感器經(jīng)過鍍膜后應用在紫外譜段測試很好的解決了上述問題。
[0003]為得到對波長響應穩(wěn)定，在測量波段光譜響應度也穩(wěn)定的熱釋電傳感器，可將熱釋電芯片密封在腔體內部，文獻公開記載的腔體熱釋電傳感器主要有球狀體和三棱體，其缺點在于當入射光以較大發(fā)散角入射時，腔體熱釋電傳感器的吸收效率將大大降低。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明為解決現(xiàn)有腔體熱釋電傳感器存在當入射光以較大發(fā)散角入射時，腔體熱釋電傳感器的吸收效率大大降低導致輻射強度測試準確性差的問題，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)包括斬波調制器、會聚透鏡、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，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;所述橢球腔體的長軸、中軸長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軸上，熱釋電傳感器芯片中心與所述橢球腔體長軸中心重合；
[0006]入射光依次經(jīng)斬波調制器和會聚透鏡后，經(jīng)入光口進入橢球腔體，所述熱釋電傳感器芯片吸收入射光，并將熱能轉化為電信號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并輸出至鎖相放大器，鎖相放大器提取有效電信號。
[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，腔體內壁鍍鋁膜，熱釋電芯片鍍金黑涂層，將其應用于紫外譜段的高精度測試;且提出了新的橢球腔體結構，有效解決了入射光大發(fā)散角入射時，傳感器吸收效率明顯降低導致測試不確定度大大增加的問題。采用本發(fā)明所述的熱釋電傳感器系統(tǒng)，解決了 240nm?280nm日盲紫外譜段的測試不確定度較高的問題。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明所述的橢球腔體熱釋電傳感器系統(tǒng)結構的俯視圖；
[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。
【具體實施方式】
[0011]【具體實施方式】一、結合圖1至圖3說明本實施方式，橢球腔體熱釋電傳感器系統(tǒng)，包括斬波調制器1，安置在會聚透鏡前，消除雜散光，對入射光起斬波調制作用;會聚透鏡2，置于所述斬波調制器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，用于吸收入射光輻射并轉化為熱能；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，同時匹配后續(xù)處理電路與檢測器件間的阻抗；
[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。
[0014]本實施方式中所述的會聚透鏡2的焦點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的長軸、中軸長度均為焦距的二倍，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品。
[0015]本實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長軸上，所述熱釋電傳感器芯片4中心與所述橢球腔體3長軸中心重合，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]結合圖2說明本實施方式，圖2中提供入射光發(fā)散角為30°時，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]結合圖3，圖3中提供了入射光發(fā)散角30°時，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]結合圖2及圖3的仿真結果對比表明，本發(fā)明可解決入射光大發(fā)散角入射時，傳感器吸收效率明顯降低導致測試不確定度大大增加的問題。
[0019]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替代和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.橢球腔體熱釋電傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括斬波調制器(1)、會聚透鏡(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，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)的長軸、中軸長度均為橢球腔體(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)長軸上，熱釋電傳感器芯片(4)中心與所述橢球腔體(3)長軸中心重合； 入射光依次經(jīng)斬波調制器(1)和會聚透鏡(2)后，經(jīng)入光口進入橢球腔體(3)，所述熱釋電傳感器芯片(4)吸收入射光，并將熱能轉化為電信號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)的電信號并輸出至鎖相放大器(6)，鎖相放大器(6)提取有效電信號。2.根據(jù)權利要求1所述的橢球腔體熱釋電傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述會聚透鏡(2)位于所述斬波調制器(1)與橢球腔體(3)的入光口之間，且焦點位于橢球腔體(3)的入光口處。3.根據(jù)權利要求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)內壁涂鋁膜。5.根據(jù)權利要求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。
【專利摘要】橢球腔體熱釋電傳感器系統(tǒng)，涉及紫外、可見及近紅外寬譜段傳感器領域該系統(tǒng)，解決現(xiàn)有腔體熱釋電傳感器存在當入射光以較大發(fā)散角入射時，腔體熱釋電傳感器的吸收效率大大降低導致輻射強度測試準確性差的問題，包括斬波調制器，安置在會聚透鏡前，會聚透鏡置于斬波調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，腔體上開一入光口，熱釋電傳感器芯片位于橢球腔體內，用于吸收入射光輻射并轉化為熱能；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，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。本發(fā)明用以改善光在大發(fā)散角入射情況下的輻射強度測試準確性問題。
【IPC分類】G01J5/10, G01J5/08
【公開號】CN105444892
【申請?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
【申請人】中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月10日