微型红外探测器快速冷却过程分析与结构优化

发布时间：2017-05-24 12:10

  本文关键词：微型红外探测器快速冷却过程分析与结构优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着红外探测技术的飞速发展,红外探测器获得了越来越广泛的应用。军事技术的提升也促使了微型红外探测器的研究进程,但是目前对于其快速过程的分析却鲜有报道。本文针对一种快速启动的微型红外探测器进行了结构设计,并且通过对其内部结构的数值模拟以及传热计算,指导其结构优化从而能够满足实际的需求。本文在实际微型探测器的基础上建立起传热模型,通过数值模拟的方法分析影响探测器快速冷却的因素。模拟结果显示,接触热阻对探测器组件冷却过程和时间的影响显著,初始环境温度和光阑表面发射率对芯片的冷却效果影响不大。节流冷头温度的变化对探测器组件冷却影响较大,当节流冷头温度下降较慢时,其对芯片启动时间影响较大。为了能够满足实际需求,采用不同的冷头方案来对探测器的性能进行进一步测试。新的结构将氮化铝支架层和分光层去掉,而直接放置光阑在上面。冷光阑的结构也采用了铜镍合金一体结构,使其传热接触热阻变得很小。通过对新结构的数值模拟分析及实验测试,结果显示其能够很好的满足实际需求,从而达到了设计要求。在研究芯片快速冷却的同时,也进一步分析10min内传热对周围元件的温度影响。在只考虑热传导的情况下,最终外围元件的温度保持在281K左右。而综合考虑对流换热时,最终外围元件的温度保持在279K左右。
【关键词】：红外探测器 快速冷却 接触热阻 数值模拟
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN215
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 红外探测器简述9-14
• 1.1.1 红外探测器应用9-11
• 1.1.2 红外辐射性质11-12
• 1.1.3 红外探测器分类12-13
• 1.1.4 红外探测器发展13-14
• 1.2 红外探测器芯片冷却方法14-17
• 1.2.1 红外探测器冷却原理15-16
• 1.2.2 红外探测器冷却系统16-17
• 1.3 红外探测器冷却模拟研究17-18
• 1.4 本文研究内容18-20
• 第二章 微型红外探测器快速冷却基础理论及设计计算20-28
• 2.1 传热学的理论基础20-21
• 2.1.1 高真空绝热20-21
• 2.1.2 接触热阻21
• 2.2 微型红外探测器设计计算21-26
• 2.2.1 微型红外探测器结构21-24
• 2.2.2 金丝、铂丝的导热24-25
• 2.2.3 探测器热负荷估算25-26
• 2.3 本章小结26-28
• 第三章 微型探测器内部传热模拟分析28-53
• 3.1 基本模型28
• 3.2 接触热阻的影响28-35
• 3.2.1 实际接触热阻A30-32
• 3.2.2 接触热阻B32-33
• 3.2.3 接触热阻C33-34
• 3.2.4 接触热阻影响比较34-35
• 3.3 芯片产热和金丝导热的影响35-36
• 3.4 初始温度的影响36
• 3.5 光阑表面发射率的影响36-39
• 3.6 节流冷头温度的影响39-45
• 3.7 实验结果比较45-46
• 3.8 节流工质的影响46-47
• 3.9 光阑冷却效果的影响47-51
• 3.9.1 初始温度为 333.15K48-49
• 3.9.2 初始温度为 300.15K49-51
• 3.10 本章小结51-53
• 第四章 微型探测器结构优化与内部传热分析53-69
• 4.1 优化方案 153-58
• 4.1.1 接触热阻 154-55
• 4.1.2 接触热阻 255-57
• 4.1.3 实验结果比较57-58
• 4.2 优化方案 258-63
• 4.2.1 接触热阻 159-60
• 4.2.2 接触热阻 260-62
• 4.2.3 实验结果比较62-63
• 4.3 优化方案 363-67
• 4.3.1 接触热阻 164-65
• 4.3.2 接触热阻 265-66
• 4.3.3 实验结果比较66-67
• 4.4 三种优化方案比较67-68
• 4.5 本章小结68-69
• 第五章 传热对探测器外围元件影响的研究69-75
• 5.1 热传导对外围元件的影响70-72
• 5.2 传热对外围元件的影响72-74
• 5.3 本章小结74-75
• 第六章 结论与展望75-77
• 6.1 主要工作与结论75-76
• 6.2 后续工作研究76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 攻读学位期间的学术成果82-84

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