光譜分析用CCD探測器熱電制冷技術(shù)及暗噪聲研究.pdf

1、電子耦合器件（CCD）探測器的采用，使得激光拉曼光譜技術(shù)獲得了飛躍性的進(jìn)步，能應(yīng)用于氣體、液體、固體等多種形態(tài)物質(zhì)的化學(xué)成分的檢測，成為一種通用檢測技術(shù)。氣體拉曼散射信號(hào)微弱，對(duì)氣體的微量組分進(jìn)行檢測時(shí)，要求CCD探測器有較高的靈敏度。CCD探測器對(duì)溫度特別敏感，因此，如何有效地降低CCD溫度來降低其暗電流噪聲是提高CCD檢測靈敏度的一個(gè)重要課題。
　　降低CCD溫度的通用做法是采用熱電制冷技術(shù)進(jìn)行制冷，CCD溫度越低，其暗電流就

2、越小。本文采用熱電制冷技術(shù)對(duì)CCD進(jìn)行制冷。為提高熱電制冷片（TEC）的制冷效率，分析了TEC的工作原理及傳熱特性，確認(rèn)TEC冷、熱端溫差及散熱能力是影響其工作性能關(guān)鍵因素。針對(duì)這些因素設(shè)計(jì)了一套制冷系統(tǒng):采用真空隔離的方法將TEC放置在真空環(huán)境下制冷，避免室內(nèi)氣體溫度太低導(dǎo)致水蒸氣凝結(jié)成而影響電路及電子器件正常工作；利用有限元分析軟件 ANSYS熱分析模塊模擬了散熱結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱情況，并根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了一套制冷性能優(yōu)

3、良的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?；谒O(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，利用ANSYS中的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（FLOTRAN CFD）模塊研究了腔室內(nèi)低、中真空度下氣體流動(dòng)及溫度分布情況，結(jié)果表明低真空時(shí)，腔室內(nèi)氣溫較低、流速加快，對(duì)腔室壁及熱沉均具有冷卻作用，可有利于TEC制冷。
　　根據(jù)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)搭建了一套真空實(shí)驗(yàn)裝置，并對(duì)裝置進(jìn)行真空測試，發(fā)現(xiàn)真空性能良好。實(shí)驗(yàn)測量了CCD腔室在低、中真空度范圍內(nèi)充入不同氣壓環(huán)境空氣，及充入氬氣、氖氣、氮?dú)庾鳛榫彌_氣體時(shí)TEC冷端溫度