测辐射热计探测器中温度场有限元计算分析.pdf

第 卷第 期 兵 工 学 报 ! # -./ 0! +. 0 # 年 月 ! $ $ ! ! %’% %()%)*+’%(,, 123 0 !$$! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 测辐射热计探测器中温度场有限元计算分析 顾文韵 皮德富 周士源 （南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏南京， ） !#$$45 摘要 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。 关键词 测辐射热计；有限元；温度场；热传导 中图分类号 ’+!#6 测辐射热计属于热探测器，其热敏材料的电导 率依赖于温度，所以当辐射引起热敏材料温度上升 时，表现为探测器电阻的变化。因此，探测器热敏层 的温度分布对分析探测器性能有重要作用。本文主 要提供了用有限元方法对该温度场进行数值计算的 专用软件，同时改变探测器的结构尺寸，分析它们对 探测器上温度分布的影响。该软件用17(’(%,+ 语 言编写，在一般的 机上即可使用。 8 ! 有限元模型的建立 图#0 # 物理简化模型 1?@ 0 #0 # % ?9A/?B?2C ADE?FG/ 9.C2/ 热敏层在由多个薄膜层构成的测辐射热计探测 时间； I # I # 为材料的导热系数； · · · $+ H 9 = + J@ 器中起着关键的作用，它是由半导体材料制成的。 ! I 为材料的密度，作常数处理； I # I # 为 · · 9 % + K J@ = 为了提高探测器的灵敏度，将其设计成桥状结构以 材料的定压比热，作常数处理； · I 为材料的 * + H 9 形成良好的热绝缘。所以，热敏层由金属“腿”支撑 于含有读出电路的硅基底之上。其简化物理模型如 内热