红外成像仪的非制冷焦平面阵列的有限元分析及优化

《红外成像仪的非制冷焦平面阵列的有限元分析及优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、红外成像仪的非制冷焦平面阵列的有限元分析及优化研究生姓名：赵翔导师姓名：陈云飞教授学校名称：东南大学摘要：任何高于绝对零度的物体都会辐射红外线，通过对在8～14um波谱区段的红外辐射谱的探测，并通过电学和光学等方法处理这些信号，就可形成与景物辐射分布对应的热图像。红外成像系统按照探测原理的不同，可以把传统的红外辐射探测器大致分为两类：量子型和非制冷热型。目前所有量子型的红外辐射探测装置都配有制冷装置，使得其笨重，且价格昂贵。而非制冷热犁红外成像仪检测探测器受热后电阻的变化、电容的变化等，像元下面都有读出电路相对应

2、，但制作难度较大。鉴于以上原冈，我们提出了应用光力学原理的、基于MEMS微悬臂梁结构的非制冷犁红外焦平面成像系统。该系统主要由三部分组成：1)红外线集像部分；2)由微悬臂梁结构组成的焦平面阵列(FocalPlaneArray—FPA)，它通常置于一个真空腔内，两侧分别为透红外线窗口和透检测光窗口：3)光学检测部分。由微恳臂梁结构组成的红外焦平面成像阵列是该系统的核心技术，FPA由一系列成像像元组成面阵列，每一个像元是由一个方形微镜面和一条或两条固支微悬臂梁组成。包括镜面和梁在内的整个像元由两种热膨胀系数差别很大的

3、材料构成。当成像单元受到红外辐射照射时，入射的红外能量转化为像元镜面和微悬臂粱的温升，从而引起梁的变形，导致像元的转角发生变化。温升不同，每个像元的转角变化也不同，光学检测部分通过检测方形微镜面输出光谱的变化解读出悬臂梁的转角变化及分布，以光强图像的方式将被测物体的温度场显示出来。这个光学图像可以是通过光学系统聚焦在屏幕上的图像：也可以是利刚其它光电转换器接收到的图像，如CCD相机或光电_二极管接收到的图像。该系统有以下几点明显优势：成本较低：采用光学读出方法对物体的热辐射信号直接进行读取：无外加制冷装置和光电转

4、换电路使得整机系统体积小、重量轻、功耗低。本论文的工作：红外焦平面阵列的温度场分析，模态分析，结构优化，误差估计等。关键词：H'A：非制冷红外成像；微恳臂梁；ANSYSABSTRUCTApplyingFiniteElementMethodintoAnalysisandOptimizationontheFocalPlaneArrayinanUncooledInfraredImagingSystemByZHAOXiangSupervisedbyCHENYun-feiMechanicalEngineefingDepar

5、tmenLSoutheastUniversityInfraredradiationhappensinanyobjectatthetemperatureaboveabsoluteZerO．Detectorsintherangeofwavelength(8-14um)andsignalsobtainedbytheelectronicandopticaltechnologyprovidethethermalimageaccordingtothethermalradiationdistribution．Sincethed

6、ifferentdetectionprinciples，thetraditionalinfrareddetectorsareclassifiedintotwocategories：photonicdetectorsandthermaldetectors，alSOnamedascryogeniccooledIRsystemsanduncooledIRsystems，respectively．Althoughthecooledphotonicinfraredsystemprovidesthemostsensitive

7、infrareddetection．theheavy．expensivecoolingsystemprohibitsits’broadusageinmanyfields．Theuncooledsystem，ontheotherhand，providesamuchcheapersolution．Dependingonthemethodformeasuringthetemperaturechangeonthesensor,uncooledIRsystemwithelectricalre耐out．theelectric

8、alinterconnectsfromeachelementtothesubstrateisoftenhighlythermallyconductive，whichreducesthetemperatureriseoftheseqtlsorandthereforedecreasethesensitivityofthedevice．Itsdifficulty1iesinth