CN102288300A - 一种基于双材料微悬臂梁的辐射热通量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双材料微悬臂梁的辐射热通量测量装置，特征是在复合结构的微悬臂梁中作为反光膜层的材料为铝或金；作为辐射吸收膜层的材料是氮化硅；激光经透镜会聚在反光膜层上反射到光信号接收器范围之内经信号传输线接至模数转换器将变化的电压信号转化为数字信号，再输送到电脑计算出微悬臂梁两种材料之间的应力差与翘曲度的大小，进一步计算得出火灾辐射功率的大小。本发明基于双材料微悬臂梁的辐射热通量测量装置时间响应快，适于瞬态变化辐射热信号测量；非接触式测量，对目标无干扰、测量精度高；双材料微悬臂梁敏感器件采用真空腔封装，不受环境因素及被测目标的损伤、污染等影响，适用于火灾等热灾害现场使用。

Description

一种基于双材料微悬臂梁的辐射热通量测量装置

技术领域

本发明属于辐射热通量测量技术领域，具体涉及采用双材料微悬臂梁受热翘曲原理测量目标辐射热通量的方法及装置。

背景技术

美国国家标准与技术研究所(National Insitiute of Standards and Technology，NIST)出版的国际论坛论文集《Measurement needs for fire safety》(Thomas J.O.，Erik L.J.and Richard G.Gann，NISTIR 6527，2000)中，将火焰辐射热通量列为在火安全科学与技术研究中必须通过实验测量获取的重要参量之一。而现有热通量的测量基本上局限于差温法(Differential temperature techniques)、量热法(Calorimetrictechniques)和传质类比法(Mass transfer techniques)等几种方法，且因受传感器制作材料的影响和限制，以及测量方法本身的局限性，上述方法的响应时间、稳定性、灵敏度等特性都比较差。此外，现有热通量传感器因其热接收面易于被污染、划损等原因，其测量性能和结果往往很易受到测试对象或外界因素的影响。因此，亟需发展基于新原理和新技术的辐射热通量测量方法，以实现对火焰等目标辐射热通量高灵敏度、高精度的现场动态测量。

黄渊在他的博士论文《基于光学读出的微悬臂梁生化传感技术研究》(中国科学技术大学博士论文，2009)中提到，微悬臂粱的上下表面应力差与微悬臂粱的端部位移之间遵循斯托尼(Stoney)公式：

$\mathrm{\Δz}=\frac{3(1-v)L^2}{{\mathrm{Et}}^2}\mathrm{\Δ\σ}$

上式中Δz表示微悬臂梁末端翘曲距离、E表示杨氏模量、Δσ为上下热膨胀系数差、t为微悬臂梁厚度、L为微悬臂梁长度、v为泊松比值。此公式可广泛的应用于薄膜残余应力问题的计算，因此也可适用于双材料微悬臂梁翘曲程度的计算。

巴恩斯(Barnes)等人在《科学仪器评论》(《Review of Scientific Instruments》Vol.65，No.12，1994，3793-3798页)中得到了热变形的理论公式：

${\mathrm{\Δz}}_{\mathrm{thermal}}=3({\mathrm{\σ}}_2-{\mathrm{\σ}}_1)\left(\frac{n+1}{k}\right)\left(\frac{L^2}{t_1}\right)\mathrm{\ΔT}$

$k=4+6n+{4n}^2+{\mathrm{\φn}}^3+\frac{1}{\mathrm{\φn}}$

$n=\left(\frac{t_2}{t_1}\right),$ $\mathrm{\φ}=\frac{E_2}{E_1}$

上式中的下标1和2分别表示与Au和SiNx有关的物理量，σ表示热膨胀系数，L和t分别表示微悬臂梁的长度和厚度，E表示杨氏模量，T表示温度的变化。

《光学技术》(optical teachnique，Vol.35，No.6，2009，876-878页)介绍了一种微悬臂梁焦平面阵列红外成像系统，但该系统仅适用于对微热目标进行成像，对火焰等高温辐射目标来说，其测量信号存在饱和问题，且不能定量测量获取目标的辐射热通量值；目前还未见到将双材料微悬臂梁作为热辐射热敏感器件用于测量火焰等高温目标辐射热通量测量方面的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于双材料微悬臂梁的辐射热通量测量装置，以克服现有技术的上述缺陷。

本发明基于双材料微悬臂梁的辐射热通量测量装置，包括壳体6内壁上设有支架8，模数转换器1、激光器3、透镜4和光信号接收器9固定在支架8上；其特征在于：内部抽成真空的腔体10密闭固定在壳体6的透明下端面5-2上，真空腔体10朝向激光器3的方向设有透明窗口5-1；所述激光器3发出的入射光B1经透镜4后会聚在微悬臂梁11的梁体D反光膜层C1上；光信号接收器9置于可接收到反光膜层C1产生的反射光束B2形成光斑位置范围之内；所述微悬臂梁11包括上表面镀有双材料薄膜的单晶硅基底C3和在基底C3上表面向一侧探出的双材料复合薄膜微悬臂梁梁体D，梁体D悬空，该双材料微悬臂梁梁体D为由铝(Al)层和氮化硅(SiNx)层或由金(Au)层和氮化硅(SiNx)层所构成的双层复合平面板；梁体D的长度为百微米至千微米量级，宽度为十微米至百微米量级，双层复合平面板各层的厚度为千纳米至微米量级；单晶硅基底C3的长度为毫米量级到厘米量级，宽度为十微米至百微米量级，厚度为百微米量级，梁体D的长度与基底C3的长度之比为1∶100至1∶1；其中作为反光膜层C1的材料为铝或金；作为辐射吸收膜层C2的材料是氮化硅；所述光信号接收器9将接收到的光信号转换为电压信号经信号传输线7传输至模数转换器1转换为数字信号后，再经过数据线2输送至电脑12，根据所记录下来的信号的变化计算辐射功率大小：根据由斯托尼(Stoney)方程、热变形理论公式和球形面积公式推导得到的下列公式

微悬臂梁梁体的翘曲距离 $\mathrm{\Δz}=k\·\frac{{5L}^4}{{8\mathrm{\πR}}^2}{P}_f\mathrm{\η}$

通过测得微悬臂梁梁体翘曲距离Δz的大小，即可得出辐射热源的辐射功率P_f的大小；式中k是与微悬臂梁相关的特性参数，L是微悬臂梁的长度，R是微悬臂梁距热辐射源的距离，P_f表示热辐射源的功率大小，η是微悬臂梁辐射吸收膜层C2的辐射吸收系数。

所述双材料微悬臂梁梁体D的制作，可采取先在长度为毫米到厘米量级、宽度十微米至百微米、厚度为十微米至百微米的单晶硅基底C3表面采用镀膜或者低压化学气相沉积法沉积一层氮化硅辐射吸收膜层C2，沉积厚度为百纳米量级至十微米量级，然后采用蒸发镀膜、溅射或脉冲激光沉积法镀膜方法在氮化硅辐射吸收膜层C2上表面镀一层膜厚为百纳米量级至十微米量级的铝或金反光膜层C1，在氮化硅辐射吸收膜层C2表面形成双层平面板型复合结构；采用光刻和刻蚀方法对作为反光膜层C1和作为辐射吸收膜层C2的双材料复合结构进行微加工得到所需尺寸的及表面形状为三角形或矩形的几何图形部件；继而再次采用刻蚀法去除准备作为微悬臂梁梁体D悬臂部分下面的基底，得到微悬臂梁梁体D；

所述刻蚀法可以采用湿法腐蚀或干法刻蚀。

所述激光器3可选用毫瓦级半导体激光器，二极管激光器、氦氖激光器。

所述会聚透镜4可以是单个凸透镜或准直透镜组。

所述壳体6的材料可以是铝合金、铜或不锈钢金属材料，也可以是硬度相当的塑胶材料，壳体6的形状可以是空心圆柱形(圆筒形)或空心长方柱体或其他形状空心柱体。

所述光信号接收器9可采用位置敏感器(PSD)，包括一维位移传感器或二维位移传感器，或采用电荷耦合器件(CCD)。

所述真空腔体10可采用透明材料包括玻璃、有机玻璃或者石英玻璃来制作。

使用时，当存在大功率热辐射源时，依据其功率大小选择人与装置的安全距离，将本发明基于微悬臂梁11的辐射热通量测量装置的真空腔体10上的透明窗口5面向火源，微悬臂梁11的氮化硅辐射吸收膜层C2接收到火源所产生的辐射热能；由于本发明中微悬臂梁11悬臂部分的梁体D由铝和氮化硅双材料复合组成，或由金和氮化硅双材料复合组成，两种材料之间的导热系数值相近而热膨胀系数值相差较大，因双材料受热后的膨胀程度不同，致使三角形梁D-1或者矩形梁D-2发生翘曲，当激光的入射光B1投射在三角形梁D-1或者矩形梁D-2的反光膜层C1表面时，反射光B2会与入射光B1产生一定的夹角，翘曲程度不同会导致入射光B1和反射光B2夹角的变化，反射光B2所产生的光斑在使光信号接收器9产生相应的电压信号；所述光信号接收器9将接收到的光信号转换为电压信号经信号传输线7传输至模数转换器1转换为数字信号后，再输送至电脑12记录下信号的变化，计算辐射功率大小：根据由斯托尼(Stoney)方程、热变形理论公式和球形面积公式推导得到

微悬臂梁梁体的翘曲距离 $\mathrm{\Δz}=k\·\frac{{5L}^4}{{8\mathrm{\πR}}^2}{P}_f\mathrm{\η}$

通过测得微悬臂梁梁体翘曲距离Δz的大小，得出辐射热源的辐射功率P_f的大小；式中k是与微悬臂梁相关的特性参数，L是微悬臂梁的长度，R是微悬臂梁距热辐射源的距离，P_f表示热辐射源的功率大小，η是微悬臂梁辐射吸收膜层C2的辐射吸收系数。

本发明基于双材料微悬臂梁的辐射热通量测量装置可用于测量火灾火焰的辐射热通量，也可用于测量火灾高温烟气的辐射热通量或其他高温辐射目标的辐射热通量。

由于本发明基于双材料微悬臂梁的辐射热通量测量装置采用双材料微悬臂梁作为辐射热通量测量的敏感器件，与现有辐射热流计技术相比较，对火源功率测量量程可扩展至千千瓦甚至更大，微悬臂梁自身温度分辨精度可达到10-2℃甚至更高，响应时间为10-2s甚至更快，适合于瞬态变化较快的辐射热信号的测量；

由于本发明将微悬臂梁用透明材料密封，并处于真空环境中，与火源进行非接触式测量，因此本发明排除了非辐射热能因素影响，测量精度更高；

由于本发明中对双材料微悬臂梁敏感器件采用真空腔封装，排除了对流对微悬臂梁的影响，使其不受环境因素及被测目标的损伤、污染等影响，稳定性高、使用寿命长。

基于以上特点和优点，本发明基于双材料微悬臂梁的辐射热通量测量装置可以被广泛应用于燃烧学、火灾科学、安全科学与工程等学科的相关研究领域，具有广阔的应用前景和科学价值。

附图说明

图1是本发明基于微悬臂梁的辐射热通量测量装置的示意图；

图2是辐射热通量测量装置中的真空腔内微悬臂梁放大侧视示意图。

图3是辐射热通量测量装置中三角梁的结构示意图；

图4是辐射热通量测量装置中矩形梁的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。

实施例1：采用三角形微悬臂梁测量火焰辐射热通量

图1是本发明基于微悬臂梁的辐射热通量测量装置的示意图；图2是辐射热通量测量装置中的真空腔内微悬臂梁放大侧视示意图。

本实施例基于双材料微悬臂梁的辐射热通量测量装置，内部抽成真空的腔体10密闭固定在壳体6的透明下端面5-2上，真空腔体10朝向激光器3的方向设有透明窗口5-1；所述激光器3发出的入射光B1经透镜4后会聚在微悬臂梁11的梁体D反光膜层C1上；光信号接收器9置于可接收到反光膜层C1产生的反射光束B2形成光斑位置范围之内；所述微悬臂梁11包括上表面镀有双材料薄膜的单晶硅基底C3和在基底C3上表面向一侧探出的双材料复合薄膜微悬臂梁梁体D，梁体D悬空，该双材料微悬臂梁梁体D为由铝(Al)层和氮化硅(SiNx)层或由金(Au)层和氮化硅(SiNx)层所构成的双层复合平面板；其中微悬臂梁11采用螺丝固定在真空腔体10内的中间位置且使微悬臂梁梁体D与玻璃窗口平面平行；真空腔体10采用螺丝固定在壳体6的下端面中间位置；所述激光器3固定在靠近壳体6上端面处的支架8上；通过支架8，在将会聚透镜4固定置放于激光器3的光轴上的同时，将所述光信号接收器9固定置放于与激光器3的光轴成10°角的位置并通过信号传输线7连接到模数转换器1，会使光信号接收器9产生相应的电压变化；所述光信号接收器9将接收到的光信号转换为电压信号经信号传输线7传输至模数转换器1转换为数字信号后，再经过数据线2输送至电脑12，根据所记录下来的信号的变化计算辐射功率大小；根据由斯托尼(Stoney)方程、热变形理论公式和球形面积公式推导得到的下列公式

微悬臂梁梁体D的翘曲距离 $\mathrm{\Δz}=k\·\frac{{5L}^4}{{8\mathrm{\πR}}^2}{P}_f\mathrm{\η}$

通过测得微悬臂梁梁体D的翘曲距离Δz的大小，得出辐射热源的辐射功率P_f的大小；式中k是与微悬臂梁相关的特性参数，L是微悬臂梁的长度，R是微悬臂梁距热辐射源的距离，P_f表示热辐射源的功率大小，η是微悬臂梁辐射吸收膜层C2的辐射吸收系数。

本实施例中所述壳体6的材料采用铝合金材料，也可以采用铜、不锈钢等金属材料，或硬度相当的塑胶材料。

本实施例中所述激光器3采用毫瓦级甚至功率更低的半导体激光器、二极管激光器或氦氖激光器。

本实施例中所述会聚透镜4采用单个凸透镜，也可以采用准直透镜组。

本实施例中所述光信号接收器9采用位置敏感器件(PSD)，也可以采用电荷耦合器件(CCD)。

所述双材料的微悬臂梁11的梁体D的制作，可在单晶硅基底C3表面采用镀膜或者采用低压化学气相沉积法沉积一层氮化硅(SiNx)辐射吸收薄膜层C2，沉积厚度为百纳米量级至十微米量级，然后采用蒸发镀膜方法在辐射吸收薄膜层C2上表面镀一层铝(Al)或金(Au)反光膜层C1，膜厚为百纳米量级至十微米量级，继而通过刻蚀及剥离技术去除微悬臂梁梁体D下的基底，制作得到所需尺寸的表面形状为三角形或矩形的微悬臂梁梁体D的双材料平面板型复合结构；

图3给出了辐射热通量测量装置中三角梁的结构示意图；图4是矩形梁的结构示意图。

本实施例中所述微悬臂梁梁体D可以为矩形梁，其长度为百微米至千微米量级，宽度为十微米至百微米量级，厚度为千纳米至微米量级；也可以为等腰或等边三角形梁，其边长为百微米量级至千微米量级，双材料层各层的厚度为千纳米至微米量级的平面；其中氮化硅辐射吸收膜层C2厚度为百纳米量级至十微米量级，铝或金反光膜层C1的厚度为百纳米量级至十微米量级，在氮化硅辐射吸收膜层C2表面形成双层平面板型复合结构；

所述基底C3采用单晶硅材料，长度为毫米到厘米量级，宽度十微米至百微米，厚度为十微米至百微米；

所述辐射吸收膜层C2可采用化学气相沉积法将氮化硅(SiNx)或其他热辐射吸收率高的单晶、多晶或非晶材料沉积在基底C3上而成；

所述反光膜层C1的材料可选用铝或金，亦可选用其他具有相近热特性和光学特性的材料；可采用蒸发、溅射或脉冲激光沉积法镀在热辐射吸收膜层C2表面，形成由铝(Al)层和氮化硅(SiNx)层组成的复合结构或由金(Au)层和氮化硅(SiNx)层组成的复合结构；

所述光刻法可以采用湿法刻蚀或者是干法刻蚀。

所述微悬臂梁11也可采取购买委托北京中国科学院微电子所按本发明设计要求加工制作的相关产品，或购买如IBM公司的相关产品来解决。

本实施例中，所述微悬臂梁11采用三角形微悬臂梁，三角形微悬臂梁结构如图3所示，在单晶硅基底C3表面镀上氮化硅膜层C2，然后在氮化硅膜层表面镀上铝膜层C1，通过微加工工艺制造微悬臂梁11，其中常用的工艺包括光刻、刻蚀、薄膜等技术，其中氮化硅膜层C2的厚度为0.5μm、铝膜层C1的厚度为0.1μm；三角形微悬臂梁梁体D-1的长度为100μm，宽度为30μm，通过单晶硅基底C3固定在真空腔体10内的中间位置且与玻璃窗口平面平行；模数转换器1采用北京阿尔泰科技发展有限公司生产的USB总线数据采集卡USB5935；激光器3采用输出功率为1mW的二极管激光器，固定在靠近壳体6上端面处的支架8上；会聚透镜4置放于激光器3的光轴上，通过支架8固定；光信号接收器9采用位置敏感器件(PSD)，置放于与激光器3的光轴成10°角的位置，通过支架8固定并通过信号传输线7与模数转换器1连接，会使光信号接收器9产生相应的电压变化；所述光信号接收器9将接收到的光信号转换为电压信号经信号传输线7传输至模数转换器1转换为数字信号后，再经过数据线2输送至电脑12，根据所记录下来的信号的变化计算辐射功率大小；根据由斯托尼(Stoney)方程、热变形理论公式和球形面积公式推导得到的下列公式

微悬臂梁梁体D的翘曲距离 $\mathrm{\Δz}=k\·\frac{{5L}^4}{{8\mathrm{\πR}}^2}{P}_f\mathrm{\η}$

通过测得微悬臂梁梁体D翘曲距离Δz的大小，得出辐射热源的辐射功率P_f的大小；式中k是与微悬臂梁相关的特性参数，L是微悬臂梁的长度，R是微悬臂梁距热辐射源的距离，P_f表示热辐射源的功率大小，η是微悬臂梁辐射吸收膜层C2的辐射吸收系数。

使用时，当存在大功率热辐射源时，依据其功率大小选择人与装置的安全距离，将测试装置连接与电脑上，并将真空腔体10的透明下端面5-2面向火源，微悬臂梁11接收到火源所产生的热辐射，致使微悬臂梁吸收辐射能量，因微悬臂梁11的铝膜层C1和氮化硅膜层C2因为导热系数大致相同，同时受热膨胀系数不同，最终导致三角形微悬臂梁梁体D-1发生翘曲，当激光的入射光B1的光斑打在D-1时发射光B2会与入射光B1产生一定的夹角，翘曲程度不同会导致夹角的变化，光斑反射至光信号接收器9，光信号接收器9采用位置敏感器件(PSD)，光信号接收器9会产生电压的变化，经过数据线7传输至模数转换器1转换为数字信号，再送到电脑12，记录下信号的变化，

通过光信号读出软件阿尔泰监控演示系统USB5935记录下光信号接收器9的电压变化，根据由斯托尼(Stoney)方程、热变形理论公式和球形面积公式推导得到

微悬臂梁梁体D的翘曲距离 $\mathrm{\Δz}=k\·\frac{{5L}^4}{{8\mathrm{\πR}}^2}{P}_f\mathrm{\η}$

通过测得微悬臂梁梁体D翘曲距离Δz的大小，得出辐射热源的辐射功率P_f的大小；式中k是与微悬臂梁相关的特性参数，L是微悬臂梁的长度，R是微悬臂梁距热辐射源的距离，P_f表示热辐射源的功率大小，η是微悬臂梁C2膜层的辐射吸收系数。

所述实验装置的温度分辨率为0.05℃，时间分辨率为0.05s，并且可以有效的针对功率为千千瓦级别的热辐射源进行瞬时瞬态测量，并记录下热辐射源功率变化曲线。由于本发明中将所述微悬臂梁11置于真空腔体10中，从而使其不会受到对流等热效应的影响，更单一准确的记录下热辐射效应的影响，所得结果更加精确。

本实施例中考虑了辐射功率为50-1000kW的火焰作为辐射热源，所测信号表明采用该双材料悬臂梁测量高辐射目标的辐射热通量，不会发生信号饱和情况。

实施例2：采用矩形微悬臂梁测量火焰辐射热通量

本实施例中，所述微悬臂梁11采用矩形微悬臂梁，矩形微悬臂梁结构如图4所示，在单晶硅基底C3表面镀上氮化硅膜层C2，然后在氮化硅膜层C2表面镀上铝膜层C1，可通过采用微加工工艺制造微悬臂梁，其中常用的工艺包括光刻、刻蚀、薄膜等技术，其中氮化硅膜层C2的厚度为1.6μm、铝膜层C1的厚度为0.4μm；矩形微悬臂梁梁体D-2的长度为500μm，宽度为90μm，其通过单晶硅基底C3固定在真空腔体10内的中间位置且与玻璃窗口5-2平行；模数转换器1采用北京阿尔泰科技发展有限公司生产的USB总线数据采集卡USB5935；激光器2采用输出功率为1mW的二极管激光器，固定在靠近壳体6上端面处的支架8上；会聚透镜4置放于激光器3的光轴上，通过支架8固定；光信号接收器9采用位置敏感器件(PSD)，置放于与激光器3的光轴成10°角的位置，通过支架8固定并通过信号传输线7与模数转换器1连接。

当存在大功率热辐射源时，依据其功率大小选择人与装置的安全距离，将测试装置连接与电脑12上，并将真空腔体10的透明下端面5-2面向火源，微悬臂梁11接收到火源所产生的热辐射，致使微悬臂梁11吸收辐射能量，微悬臂梁11的铝膜层C1和氮化硅膜层C2因为导热系数大致相同，同时受热膨胀系数不同，最终导致矩形梁体D-2发生翘曲，当激光的入射光B1的光斑打在D-2时发射光B2会与入射激光B1产生一定的夹角，翘曲程度不同会导致夹角的变化，光斑反射至光信号接收器9，光信号接收器9采用位置敏感器件(PSD)，光信号接收器9会产生电压的变化，通过数据传输线7传输至模数转换器1转换为数字信号，通过光信号读出软件阿尔泰监控演示系统USB5935记录下光信号接收器9的电压变化，通过计算得出微悬臂梁翘曲度的大小，进一步计算得出火灾辐射功率的大小，所述实验装置的温度分辨率为0.005℃，时间分辨率为0.05s，并且可以有效的针对功率为百千瓦级别的热辐射源进行瞬时瞬态测量，并记录下热辐射源功率变化曲线。所述微悬臂梁11处于真空腔体10中，不会受到对流等热效应的影响，更单一的记录下热辐射效应的影响，所得结果更加精确。

本实施例中仍考虑了辐射功率为50-1000kW的火焰作为辐射热源，所测信号表明采用该双材料悬臂梁测量高辐射目标的辐射热通量，当目标辐射功率大于800kW以及测量距离小于2m时，测量信号会出现饱和现象。此情况下应采用三角形微悬臂梁，或通过调整矩形微悬臂梁的长宽比、双材料层的厚度比等来拓宽其测量范围。

Claims (7)

1.一种基于双材料微悬臂梁的辐射热通量测量装置，包括壳体(6)内壁上设有支架(8)，模数转换器(1)、激光器(3)、透镜(4)和光信号接收器(9)固定在支架(8)上；其特征在于：内部抽成真空的腔体(10)密闭固定在壳体(6)的透明下端面(5-2)上，真空腔体(10)朝向激光器(3)的方向设有透明窗口(5-1)；所述激光器(3)发出的入射光(B1)经透镜(4)后会聚在微悬臂梁(11)的梁体(D)的反光膜层(C1)上；光信号接收器(9)置于可接收到反光膜层(C1)产生的反射光束(B2)形成光斑位置范围之内；所述微悬臂梁(11)包括上表面镀有双材料薄膜的单晶硅基底(C3)和在基底(C3)上表面向一侧探出的双材料复合薄膜微悬臂梁梁体(D)，该双材料微悬臂梁梁体(D)为由铝层和氮化硅层或由金层和氮化硅层所构成的双层复合平面板；梁体(D)长百微米至千微米量级，宽十微米至百微米量级，双层复合平面板各层厚千纳米至微米量级；单晶硅基底(C3)长毫米量级到厘米量级，宽十微米至百微米量级，厚百微米量级，梁体(D)的长度与基底(C3)的长度之比为1∶100至1∶1；其中作为反光膜层(C1)的材料为铝或金；作为辐射吸收膜层(C2)的材料是氮化硅；所述光信号接收器(9)将接收到的光信号转换为电压信号经信号传输线(7)传输至模数转换器1转换为数字信号后，再经数据线(2)输送至电脑(12)，根据所记录下来的信号的变化计算辐射功率大小：根据由斯托尼方程、热变形理论公式和球形面积公式推导得到

微悬臂梁梁体的翘曲距离 $\mathrm{\Δz}=k\·\frac{{5L}^4}{{8\mathrm{\πR}}^2}{P}_f\mathrm{\η}$

通过测得微悬臂梁梁体翘曲距离Δz的大小，得出辐射热源的辐射功率P_f的大小；式中k是与微悬臂梁相关的特性参数，L是微悬臂梁的长度，R是微悬臂梁距热辐射源的距离，P_f表示热辐射源的功率大小，η是微悬臂梁辐射吸收膜层(C2)的辐射吸收系数。

2.如权利要求1所述基于双材料微悬臂梁的辐射热通量测量装置，特征在于所述双材料微悬臂梁梁体(D)的制作，采取先在长度为毫米到厘米量级、宽度十微米至百微米、厚度为十微米至百微米的单晶硅基底(C3)表面采用镀膜或者低压化学气相沉积法沉积一层氮化硅辐射吸收膜层(C2)，沉积厚度为百纳米量级至十微米量级，然后采用蒸发镀膜、溅射或脉冲激光沉积法镀膜方法在氮化硅辐射吸收膜层(C2)上表面镀一层膜厚为百纳米量级至十微米量级的铝或金反光膜层(C1)，在氮化硅辐射吸收膜层(C2)表面形成双层平面板型复合结构；采用光刻和刻蚀方法对作为反光膜层(C1)和作为辐射吸收膜层(C2)的双材料复合结构进行精细加工得到所需尺寸的及表面形状为三角形或矩形的几何图形部件；继而再次采用刻蚀法去除准备作为微悬臂梁梁体(D)悬臂部分下面的基底，得到微悬臂梁梁体(D)；

所述刻蚀法采用湿法腐蚀或干法刻蚀。

3.如权利要求1所述基于双材料微悬臂梁的辐射热通量测量装置，特征在于所述激光器(3)选用毫瓦级半导体激光器、二极管激光器或氦氖激光器。

4.如权利要求1所述基于双材料微悬臂梁的辐射热通量测量装置，特征在于所述会聚透镜(4)采用单个凸透镜或准直透镜组。

5.如权利要求(1)所述基于双材料微悬臂梁的辐射热通量测量装置，特征在于所述壳体(6)的材料选用金属材料铝合金、铜或不锈钢，或硬度相当的塑胶材料，壳体(6)的形状选用圆筒形或空心长方柱体。

6.如权利要求1所述基于双材料微悬臂梁的辐射热通量测量装置，特征在于所述光信号接收器(9)采用位置敏感器，包括一维位移传感器或二维位移传感器，或采用电荷耦合器件。

7.如权利要求1所述基于双材料微悬臂梁的辐射热通量测量装置，特征在于所述真空腔体(10)采用透明材料包括玻璃、有机玻璃或者石英玻璃来制作。

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