紅外成像儀的非制冷焦平面陣列的有限元分析及優(yōu)化.pdf

1、任何高于絕對零度的物體都會輻射紅外線，通過對在8～14μm波譜區(qū)段的紅外輻射譜的探測，并通過電學和光學等方法處理這些信號，就可形成與景物輻射分布對應的熱圖像。 紅外成像系統(tǒng)按照探測原理的不同，可以把傳統(tǒng)的紅外輻射探測器大致分為兩類：量子型和非制冷熱型。目前所有量子型的紅外輻射探測裝置都配有制冷裝置，使得其笨重，且價格昂貴。而非制冷熱型紅外成像儀檢測探測器受熱后電阻的變化、電容的變化等，像元下面都有讀出電路相對應，但制作難度較大。

2、 鑒于以上原因，我們提出了應用光力學原理的、基于M E M S微懸臂梁結構的非制冷型紅外焦平面成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由三部分組成：1)紅外線集像部分：2)由微懸臂梁結構組成的焦平面陣列(Focal Plane Array-F P A)，它通常置于一個真空腔內(nèi)，兩側分別為透紅外線窗口和透檢測光窗口：3)光學檢測部分。 由微懸臂梁結構組成的紅外焦平面成像陣列是該系統(tǒng)的核心技術，F(xiàn) P A由一系列成像像元組成面陣列，每一個像元是

3、由一個方形微鏡面和一條或兩條固支微懸臂梁組成。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。當成像單元受到紅外輻射照射時，入射的紅外能量轉化為像元鏡面和微懸臂梁的溫升，從而引起梁的變形，導致像元的轉角發(fā)生變化。溫升不同，每個像元的轉角變化也不同，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角變化及分布，以光強圖像的方式將被測物體的溫度場顯示出來。這個光學圖像可以是通過光學系統(tǒng)聚焦在屏幕上的圖像：也可以是利