低温红外场景生成技术研究
发布时间：2021-09-02 12:35
提出了一种基于微机电系统（micro-electro-mechanical system,MEMS）薄膜芯片的低温红外场景生成技术,芯片本身是基于光加热的被动无源器件,因此可以将场景写入系统放在低温真空舱外。在低温环境内没有电子器件和保温层的辐射干扰,无源芯片本身能模拟的最低温度可以无限接近于低温下的环境温度。建立了理论模型和实验装置,并对薄膜芯片在低温下的空间特性和时间特性进行了测试。在7.5～14μm波段,当入射到芯片处的光功率密度为0.027 5 W/mm2时,环境温度从233 K降低到173 K,可模拟温度范围从49.67 K增大到85.2 K。在环境温度173 K下,写入光功率增加到0.123 3 W/mm2时,可模拟温度范围加大到367 K。当环境温度从233 K降低到173 K时,芯片的上升时间从6.52 ms增加至6.73 ms,下降时间从6.75 ms减少至6.22 ms。低温实验结果表明:环境温度越低,芯片可模拟温度范围越大,时间响应也越快。红外薄膜在低温红外场景生成技术中拥有广阔的应用前景。
【文章来源】：空天防御. 2020,3(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
MEMS薄膜芯片转换原理
红外场景转换装置是一个为MEMS转换薄膜提供工作环境和必要结构的腔体封装结构,其组成如图2所示。为了尽量减小热交换造成的热能损失,MEMS转换薄膜需工作在真空条件,此时MEMS转换薄膜与环境由于对流而引起的热交换可以忽略。红外场景转换装置与外界连接的光窗口需要同时对532 nm波段的写入光和2～14 μm的红外光都具有高透过性,采用氟化钡材料制作。装置内部放置MEMS转换薄膜,以及测温Pt电阻(测温范围73～773 K),通过电气接头将信号引出,腔体内部涂抹高吸收率(0.9～0.94)的黑漆,以减少内部杂散光的反射。装置背部为液氮腔体,侧面为电气接头以及真空接头。在低温真空舱内工作时,将液氮和真空管路分别与低温真空舱自身管路相连,红外场景转换装置即可开始工作。在不制冷条件下,红外场景转换装置也可以通过小型带压液氮罐和真空机组单独工作,实现在常温常压环境下的调试。低温红外场景生成系统主要由场景写入系统、写入光窗口、舱内反射镜、红外场景生成装置、红外窗口、测试设备、温度传感器、液氮储罐等组成。场景写入系统图像的功能是生成带有低温红外特征的写入光波段动态场景,写入光信号经过低温真空舱写入光窗口和舱内反射镜成像至安放在冷舱内的红外场景转换装置的MEMS薄膜芯片上,将写入光波段的场景转换为红外波段场景,最终经低温真空舱红外窗口投影至测试设备。低温真空舱为红外图像转换装置提供低温真空工作环境模拟低温背景。红外场景转换装置各监测点处的温度传感器通过低温真空舱的穿舱法兰连接至舱外控制柜,可以实时测量监测点处温度。液氮管路直接与MEMS薄膜背部的液氮腔接通,为MEMS薄膜提供液氮制冷。
低温红外场景生成系统主要由场景写入系统、写入光窗口、舱内反射镜、红外场景生成装置、红外窗口、测试设备、温度传感器、液氮储罐等组成。场景写入系统图像的功能是生成带有低温红外特征的写入光波段动态场景,写入光信号经过低温真空舱写入光窗口和舱内反射镜成像至安放在冷舱内的红外场景转换装置的MEMS薄膜芯片上,将写入光波段的场景转换为红外波段场景,最终经低温真空舱红外窗口投影至测试设备。低温真空舱为红外图像转换装置提供低温真空工作环境模拟低温背景。红外场景转换装置各监测点处的温度传感器通过低温真空舱的穿舱法兰连接至舱外控制柜,可以实时测量监测点处温度。液氮管路直接与MEMS薄膜背部的液氮腔接通,为MEMS薄膜提供液氮制冷。2 低温MEMS薄膜芯片建模
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MEMS技术的动态红外场景模拟技术[J]. 周朗,李卓,石诺,徐畅,时庆峰,王欣. 空天防御. 2018(01)
[2]低温红外目标源控温技术[J]. 王超,胡忠辉. 红外与激光工程. 2015(03)
[3]聚酰亚胺薄膜的热扩散特性研究[J]. 李卓,欧文,王欣,钱丽勋. 北京理工大学学报. 2013(06)
[4]低温真空环境的红外背景模拟器的研制[J]. 徐冰,马龙,李晓曼. 航天器环境工程. 2012(04)
[5]低温背景红外动态图像转换技术[J]. 康为民,张学如. 红外与激光工程. 2008(S2)
硕士论文
[1]低温红外目标模拟光学系统设计及反射镜制冷技术研究[D]. 翟金龙.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3379019
【文章来源】：空天防御. 2020,3(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
MEMS薄膜芯片转换原理
红外场景转换装置是一个为MEMS转换薄膜提供工作环境和必要结构的腔体封装结构,其组成如图2所示。为了尽量减小热交换造成的热能损失,MEMS转换薄膜需工作在真空条件,此时MEMS转换薄膜与环境由于对流而引起的热交换可以忽略。红外场景转换装置与外界连接的光窗口需要同时对532 nm波段的写入光和2～14 μm的红外光都具有高透过性,采用氟化钡材料制作。装置内部放置MEMS转换薄膜,以及测温Pt电阻(测温范围73～773 K),通过电气接头将信号引出,腔体内部涂抹高吸收率(0.9～0.94)的黑漆,以减少内部杂散光的反射。装置背部为液氮腔体,侧面为电气接头以及真空接头。在低温真空舱内工作时,将液氮和真空管路分别与低温真空舱自身管路相连,红外场景转换装置即可开始工作。在不制冷条件下,红外场景转换装置也可以通过小型带压液氮罐和真空机组单独工作,实现在常温常压环境下的调试。低温红外场景生成系统主要由场景写入系统、写入光窗口、舱内反射镜、红外场景生成装置、红外窗口、测试设备、温度传感器、液氮储罐等组成。场景写入系统图像的功能是生成带有低温红外特征的写入光波段动态场景,写入光信号经过低温真空舱写入光窗口和舱内反射镜成像至安放在冷舱内的红外场景转换装置的MEMS薄膜芯片上,将写入光波段的场景转换为红外波段场景,最终经低温真空舱红外窗口投影至测试设备。低温真空舱为红外图像转换装置提供低温真空工作环境模拟低温背景。红外场景转换装置各监测点处的温度传感器通过低温真空舱的穿舱法兰连接至舱外控制柜,可以实时测量监测点处温度。液氮管路直接与MEMS薄膜背部的液氮腔接通,为MEMS薄膜提供液氮制冷。
低温红外场景生成系统主要由场景写入系统、写入光窗口、舱内反射镜、红外场景生成装置、红外窗口、测试设备、温度传感器、液氮储罐等组成。场景写入系统图像的功能是生成带有低温红外特征的写入光波段动态场景,写入光信号经过低温真空舱写入光窗口和舱内反射镜成像至安放在冷舱内的红外场景转换装置的MEMS薄膜芯片上,将写入光波段的场景转换为红外波段场景,最终经低温真空舱红外窗口投影至测试设备。低温真空舱为红外图像转换装置提供低温真空工作环境模拟低温背景。红外场景转换装置各监测点处的温度传感器通过低温真空舱的穿舱法兰连接至舱外控制柜,可以实时测量监测点处温度。液氮管路直接与MEMS薄膜背部的液氮腔接通,为MEMS薄膜提供液氮制冷。2 低温MEMS薄膜芯片建模
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MEMS技术的动态红外场景模拟技术[J]. 周朗,李卓,石诺,徐畅,时庆峰,王欣. 空天防御. 2018(01)
[2]低温红外目标源控温技术[J]. 王超,胡忠辉. 红外与激光工程. 2015(03)
[3]聚酰亚胺薄膜的热扩散特性研究[J]. 李卓,欧文,王欣,钱丽勋. 北京理工大学学报. 2013(06)
[4]低温真空环境的红外背景模拟器的研制[J]. 徐冰,马龙,李晓曼. 航天器环境工程. 2012(04)
[5]低温背景红外动态图像转换技术[J]. 康为民,张学如. 红外与激光工程. 2008(S2)
硕士论文
[1]低温红外目标模拟光学系统设计及反射镜制冷技术研究[D]. 翟金龙.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3379019
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3379019.html
