紅外成像儀的非制冷焦平面陣列的有限元分析及優(yōu)化.pdf

1、任何高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)輻射紅外線，通過(guò)對(duì)在8～14μm波譜區(qū)段的紅外輻射譜的探測(cè)，并通過(guò)電學(xué)和光學(xué)等方法處理這些信號(hào)，就可形成與景物輻射分布對(duì)應(yīng)的熱圖像。 紅外成像系統(tǒng)按照探測(cè)原理的不同，可以把傳統(tǒng)的紅外輻射探測(cè)器大致分為兩類：量子型和非制冷熱型。目前所有量子型的紅外輻射探測(cè)裝置都配有制冷裝置，使得其笨重，且價(jià)格昂貴。而非制冷熱型紅外成像儀檢測(cè)探測(cè)器受熱后電阻的變化、電容的變化等，像元下面都有讀出電路相對(duì)應(yīng)，但制作難度較大。

2、 鑒于以上原因，我們提出了應(yīng)用光力學(xué)原理的、基于M E M S微懸臂梁結(jié)構(gòu)的非制冷型紅外焦平面成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由三部分組成：1)紅外線集像部分：2)由微懸臂梁結(jié)構(gòu)組成的焦平面陣列(Focal Plane Array-F P A)，它通常置于一個(gè)真空腔內(nèi)，兩側(cè)分別為透紅外線窗口和透檢測(cè)光窗口：3)光學(xué)檢測(cè)部分。 由微懸臂梁結(jié)構(gòu)組成的紅外焦平面成像陣列是該系統(tǒng)的核心技術(shù)，F(xiàn) P A由一系列成像像元組成面陣列，每一個(gè)像元是

3、由一個(gè)方形微鏡面和一條或兩條固支微懸臂梁組成。包括鏡面和梁在內(nèi)的整個(gè)像元由兩種熱膨脹系數(shù)差別很大的材料構(gòu)成。當(dāng)成像單元受到紅外輻射照射時(shí)，入射的紅外能量轉(zhuǎn)化為像元鏡面和微懸臂梁的溫升，從而引起梁的變形，導(dǎo)致像元的轉(zhuǎn)角發(fā)生變化。溫升不同，每個(gè)像元的轉(zhuǎn)角變化也不同，光學(xué)檢測(cè)部分通過(guò)檢測(cè)方形微鏡面輸出光譜的變化解讀出懸臂梁的轉(zhuǎn)角變化及分布，以光強(qiáng)圖像的方式將被測(cè)物體的溫度場(chǎng)顯示出來(lái)。這個(gè)光學(xué)圖像可以是通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)聚焦在屏幕上的圖像：也可以是利