硅微机械悬臂梁红外辐射热探测技术的研究

研究了利用镀膜硅微机械悬臂梁红外辐射热挠曲实现红外辐射探测的技术 ,建立了镀膜双层硅微悬臂梁红外辐射热挠曲的理论模型 并利用镀有二氧化硅膜层的硅微悬臂梁 ,在硅微悬臂梁根部制作热挠曲检测压敏电阻 ,用实验方法测试了硅微悬臂梁对红外辐射的响应规律 ,结果表明该镀膜硅微悬臂梁对顶端辐射激励的 1 .5μm红外光的响应灵敏度可达 2 .39μV/mW 用计算机优化方法得到了硅微机械悬臂梁的最佳镀膜厚度比的规律 。

红外光子探测器与热探测器性能分析

根据红外探测器最基本的物理机理和器件模型,对红外光子探测器和热探测器在不同工作温度、不同波长的探测率性能进行了理论计算;并对两类物理机理不同的红外探测器的探测率、工作温度和响应波长进行比较,阐述了各自探测器具有优势的应用领域。

红外热探测器的物理机理及性能分析

根据热探测器工作的物理机理和器件物理模型,对热探测器的探测率随背景温度和探测器工作温度的变化规律进行了理论计算,并对计算结果和实际应用进行了讨论。

热探测法监测岩石应力变化的实验研究

为了探测岩石在受力过程中温度的变化特征,用接触式测温仪对花岗岩和大理岩试件进行了单轴加压条件下的测温试验,同时用红外热像仪作为辅助监测.结果表明:在加载与卸载过程中都有温度的变化,并有一定的可逆性,即,加载升温,卸载降温;岩石在破坏前存在温度奇变点,温度变化能够显示岩石破坏的前兆信息,80%抗压强度附近是岩石破坏的临界前兆点;红外热图也可以显示出破坏前的温度异常.热探测法对于矿山岩体应力变化监测是实用和有效的.

分散用火建筑热探测器响应温度数值模拟研究

为合理选择、设置分散用火建筑物天花板内的热探测器,确定其测量响应温度数值,采用PyroSim软件建立分散用火建筑模型;在模型天花板平面内布置一系列用于测量温度的热电偶,在热释放速率（HRR）为1、5、10、20、30 k W/m^2,天花板高度为3、5、7m的条件下分别进行15次数值模拟,并处理、分析、拟合模拟数据;最后,考虑室内全年最高温度及安全温度,提出分散用火建筑物内热探测器报警温度的计算公式。研究表明：分散用火建筑物天花板平面内温度分布均匀,温度与HRR有显著的二次函数关系;温度随高度的增加而降低,相同天花板高度差下HRR越小,温度变化幅度也越小。

聚集用火下热探测器响应温度的研究

为得出聚集用火下建筑物天花板平面热探测器响应温度的计算公式,采用PyroSim 2015软件进行建模,在模型天花板平面内设置一系列的热电偶代替热探测器监测温度变化,在热释放速率(HRR)分别为1,5,10,20,30 kW和天花板高度分别为3,5,7 m的条件下进行15次数值模拟,对模拟结果数据分析、处理及拟合。研究表明:羽流中心线处温度远高于其他位置;羽流中心线处响应温度随着天花板高度的升高而降低,且与HRR存在显著的二次函数关系;其他位置处响应温度随着天花板高度的升高而降低,随着到羽流中心线距离的增大而降低,且与HRR和到羽流中心线的距离存在显著的二次函数关系。结合室内全年最高温度及补偿温度,建立出聚集用火下热探测器响应温度的计算公式。

锗测辐射热探测器性能的测试

为了银河系中心远红外的球载观测,采用了 Ge-Bolometer(锗测辐射热探测器)作为天体远红外辐射的探测器,由于气球的飞行高度在35km 附近,所以在球上的液氦致冷探测器的工作温度在1.7K 左右。本文讨论了在实验室中解决这样低温的致冷方法,最后讨论了探测器性能参数的测试装置和测试结果。

栅极天线和NMOS耦合的CMOS太赫兹热探测器的设计与测试

设计了一种在室温工作的太赫兹热探测器.探测器由片上天线和温度传感器耦合而成.天线由NMOS温度传感器的栅极组成,吸收入射的太赫兹波将其转化为焦耳热,生成的热量引起的温度变化由温度传感器探测.整个探测器的探测过程分为电磁辐射吸收、波-热转换、热-电转换三个过程,并分别进行了建模分析,仿真得到天线吸收率为0.897,热转换效率为165K/W,热电转换效率为1.77mV/K.探测器基于CMOS 0.18μm工艺设计,工艺处理后将硅衬底打薄至300μm.探测器在3THz太赫兹环境下,入射功率为1mW时,电压响应率仿真值为262mV/W,测试值为148.83mV/W.

用测辐射热探测器探测红外辐射的器件 美国专利US7288765 （2007年10月30日授权）

本发明提供一种用于探测红外辐射的器件，它包括一个一维或二维的测辐射热探测器列阵、一个读出电路和一个补偿结构。其中的补偿结构是用来转移从每个测辐射热探测器中流过的大部分背景或者共模电流的。该补偿结构为一层至少包含一种测辐射热材料的膜层，它分布在与读出电路相连的两个电连接区之间。

热探测器低频性能测试系统电路设计与实现

首先介绍国内外各红外热探测器测试技术发展状况,概括热释电探测器和黑体辐射原理,然后根据设计需求确定热探测器低频性能参数测试系统的总体方案,设计并实现了斩波器电机控制电路和热探测器电路,并对各电路模块和整机进行了测试。

基于光学天线的多光谱窄带热探测器及其应用

在回顾热探测器的工作原理、材料体系和典型应用的基础上,着重介绍了利用光学天线调控热探测器像元的光谱响应、实现多光谱窄带探测的技术路线。首次提出了将基于光学天线的多光谱窄带探测器用于非色散红外光谱法(NDIR)进行多种气体传感的应用场景,以摆脱对窄带滤光片的依赖;针对8种典型的危害性气体(H_(2)S、CH_(4)、CO_(2)、CO、NO、CH_(2)O、NO_(2)、SO_(2))的特征吸收波长构建了多光谱窄带探测器阵列,并采用NDIR进行了单一气体检测,由实验测得的气体检测下限与商用NDIR气体传感器的检测下限相当;发展了从多个窄带探测器的输出信号组合反推混合气体中各组分浓度的数学模型,并进行了NDIR多组分混合气体实验验证。结合商业案例,分析了超构材料多光谱窄带探测技术在固体、液体、气体等形态的物质成分分析中的实用价值,展望了其在国防军事、工业化工、食品安全及污染检测等领域中的应用前景。

基于兰姆波谐振器和超表面的谐振式热红外探测器研究

设计了一种基于氮化铝(AlN)兰姆波谐振器和超表面的谐振式热红外探测器,基于超表面的吸收器用于对特定波长红外辐射的吸收,再利用AlN兰姆波谐振器的温度频率效应检测红外辐射。首先,对兰姆波谐振器的电极周期、电极宽度、AlN薄膜厚度和支撑轴尺寸进行优化设计,设计了电极周期分别为12μm和1.2μm的谐振器结构,其工作频率分别为365 MHz和2544 MHz。其次,设计了方形结构超表面的等离子体吸收器,并研究分析其红外吸收机理及结构尺寸对吸收性能的影响规律。通过集成超表面红外吸收器并调节吸收结构尺寸,实现可调谐、近100%的双带吸收性能,在3μm~5μm和8μm~12μm处的吸收率均超过99.5%,谐振式热红外探测器的响应时间低于0.8 ms、热噪声等效功率低于10^(-11)Hz/μW。

基于超表面的宽带太赫兹热释电探测器设计

为了解决传统太赫兹(THz)探测器吸收效率低,频率范围小的问题,提出将双层超表面吸收阵列结构与钽酸锂热释电探测器相贴合,构成宽带太赫兹超表面热释电探测器。采用MATLAB和CST联合仿真的优化方法对超表面结构进行按需优化;使用ANSYS对热释电探测器进行仿真分析,得到敏感层、绝热层等特征参数对太赫兹热释电探测器的温度变化率以及响应电流的影响。结果表明,采用超表面阵列结构提高了全THz波段的探测性能,凳型热释电探测器在给定条件下的平均热释电电流输出为31.52 pA。使用超表面作为吸收结构可以使热释电探测器具有连续且高效的吸波特性,为宽带太赫兹探测器的设计提供参考。

基于双波段LiTaO_(3)热释电探测器的目标温度识别研究

针对热释电红外探测器在温度识别领域的难题,本文设计了一种基于长/中波双波段钽酸锂(LiTaO_(3))热释电多元探测器,建立了基于机器学习算法的目标温度识别模型。分析了不同黑体温度下的两波段辐射量与双波段比值的变化趋势,测试了双波段比值与黑体温度的关系以及分析了双波段比值在仿真与实测中的误差,研究了基于热释电数据的决策树、随机森林算法的最优参数选择以及所搭建的模型识别准确率。研究结果表明:基于该探测器构建的温度识别系统的识别准确率最高可大于90%,为基于热释电的目标温度识别提供了一种新的技术路径,拓宽了热释电红外探测器的应用范围。

基于热释离子探测与直流快速灭弧的储能站安全提升技术

针对电池储能电站存在的包括火灾隐患、爆炸隐患在内的安全问题,利用新材料离子云室传感器技术,并结合电力电子技术最新研究成果,研发了一种实用化的储能站极早期火灾预警方案与直流馈线故障开断能力提升方案,该方案原理新颖、实用性强,尤其是将研究成果浓缩为可方便地安装于储能站电池室的成套装置,并且不与现有消防系统冲突,也不与现有直流断路器冲突,也不需要对设备进行任何改动,具有“绿色安装”可拆卸可升级的特点,推广安装后可立即收获安全风险降低的系统性经济效益。

测辐射热计探测器中温度场有限元计算分析

本文主要介绍用有限元数值分析的方法对非致冷红外测辐射热计探测器的温度分布进行计算 ,其有限元模型可以对测辐射热计探测器热敏层表面的稳态和瞬态温度场进行仿真。主要通过对探测器敏感层温度场的计算 ,考虑探测器结构尺寸对其性能参数的影响 ,起到优化设计的作用。仿真结果分析证明了热绝缘结构在探测器设计中是占有重要地位的 ,同时说明本文所做工作是有意义的。经大量运算 ,与有关数据进行对比分析 ,计算结果准确可靠。

雄安新区深部岩溶热储探测与高产能地热井参数研究

河北雄安新区地热资源条件优越,以往的勘查开发层位主要在1 800 m以浅,探测深部岩溶热储,寻找高品质地热资源是支撑服务新区规划建设的迫切需要。本文以位于容城—牛驼镇地热田中南部的D18孔为依托,阐明了3 500 m深度的岩溶热储探测方法、重要发现和主要参数。主要结论为:(1)容城—牛驼镇地热田中南部地质构造复杂,是地热资源勘查开发的有利目标区,深部岩溶热储由蓟县系雾迷山组含燧石条带、巨厚叠层石白云岩组成;(2)D18孔在2 120~3 500 m深度共发育115个岩溶裂隙带,岩溶裂隙总厚度353 m,孔隙率3.44%~39.8%,其中2 120~2 300 m为主要出水层,平均孔隙率12.9%;(3)D18孔孔口水温93.1℃,孔内实测最高温度95.05℃,温度峰值出现在高孔隙率发育的2 120~2 300 m孔段,推测由深部热对流机制造成;(4)D18孔抽水试验曲线具有水-汽二相混合特征,完井抽水流量140 m3/h,单井供暖潜力达20万m2,为目前发现的雄安新区范围内产能最大地热井。

基于多参数化学传感器的海底热液探测方法研究

基于热液及其羽状流的化学异常提出了一种海底热液的化学式探测方法。根据自行开发的Eh.Ag/Ag2S和pH三种化学电极,设计了多参数化学传感器系统。通过海试证明多参数化学传感器可灵敏地检测出由热液异常引起的化学量变化,并在长达半年的多次使用中表现出其稳定性好、寿命长的特点。在东太平洋中脊(EPR)赤道区域和西南印度洋中脊(SWIR)的60条测线中,获得有效测线55条,其中在29条测线上发现明显或可能的热液异常。研究表明,应用多参数化学传感器探测进行海底热液化学异常,是一种有效的方法。

热释电红外探测器在安全防护系统中的应用研究

利用人体发出的红外线,通过热释电红外传感器的接收和放大,形成具有一定电压幅度的控制信号,用这一控制信号去触发语音录放电路工作,就可制成具有自动控制功能的热释电红外探测语音录放系统。电路采用最新热释电红外探测模块与语音录放模块设计,当有人出现在热释电红外探测模块的探测范围时,热释电红外传感器首先将接收到的红外辐射能转换成电能信号,再经内部电路放大、比较处理后输出控制信号,触发语音录放模块工作,播放事先录制好的语音内容,提醒人们注意。该系统电路简洁、成本低、抗干扰能力强、耐低温、免调试、工作稳定和使用方便。适宜于安装在变电所、高压开关柜和电力变压器等危及人身安全的处所使用。