紅外成像儀的非制冷焦平面陣列的有限元分析及可靠性研究.pdf

1、紅外熱成像儀是一種可探測目標的紅外輻射,并通過光電轉(zhuǎn)換、電信號處理等手段,將目標物體的溫度分布圖像轉(zhuǎn)換成視頻圖像的設備,是集光、機、電等尖端技術于一體的高新技術產(chǎn)品。非制冷紅外成像技術當成像單元基于8～14 μm波譜區(qū)段的紅外輻射,入射的紅外能量轉(zhuǎn)化為像元鏡面和微懸臂梁的溫升,從而引起梁的變形,導致像元的轉(zhuǎn)角發(fā)生變化。溫升不同,每個像元的轉(zhuǎn)角變化也不同,光學檢測部分通過檢測方形微鏡面輸出光譜的變化解讀出懸臂梁的轉(zhuǎn)角變化及分布,以光強圖像

2、的方式將被測物體的溫度場顯示出來。形成了與景物輻射分布對應的熱圖像。該技術有以下幾點明顯優(yōu)勢：成本較低；采用光學讀出方法對物體的熱輻射信號直接進行讀??；無外加制冷裝置和光電轉(zhuǎn)換電路使得整機系統(tǒng)體積小、重量輕、功耗低。 基于MEMS微懸臂梁結(jié)構的非制冷型紅外焦平面成像系統(tǒng)主要由紅外線集像部分、由微懸臂梁結(jié)構組成的焦平面陣列(Focal Plane Array-FPA)、光學檢測部分三部分組成。由微懸臂梁結(jié)構組成的紅外焦平面成像陣列

3、是該系統(tǒng)的核心技術,由一系列成像像元組成面陣列,每一個像元是由一個方形微鏡面和一條或兩條固支組成。包括鏡面和梁在內(nèi)的整個像元由兩種熱膨脹系數(shù)差別很大的材料構成。本文從微懸臂梁的微制造技術入手,分析了FPA的傳熱學知識和熱機械、噪聲等性能,對FPA結(jié)構進行優(yōu)化設計和對FPA物理特性進行有限元模擬,得出懸臂梁材料的選擇和結(jié)構尺寸會直接影響到FPA的熱學性能和熱機械性能,對雙金屬梁兩種材料的選擇依據(jù)和厚度比做了分析。對微懸臂梁在制造與使用過程