CN105093356A - 一种高能量利用率的微桥结构电阻阵列 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高能量利用率的微桥结构电阻阵列，包括微桥和衬底两部分，所述微桥包含电阻辐射微单元，所述衬底位于微桥的背面，其形状为棱台状，衬底的表面涂有低吸收漫反射涂层。相比于平面型衬底，本发明的有益效果是能有效提高目标面上的辐射照度。在电阻阵列能达到的最高温度一定的情况下，棱台状衬底将原来被吸收的红外辐射向目标方向反射，从而使到达目标面的辐射能量变多。合理设计棱台衬底的底面多边形边数、底边长度、棱台高度和棱边倾角可最大限度的使反射的红外辐射增多。低吸收漫反射涂层可显著减少对红外辐射的吸收。特殊的形状和特殊的表面材料提高了微桥电阻的能量利用率。

Description

一种高能量利用率的微桥结构电阻阵列

技术领域

本发明属于红外景象仿真领域，涉及一种高能量利用率的微桥结构电阻阵列。

背景技术

作为一种典型的测试系统，动态红外景物模拟系统可对红外热像仪、导弹寻的器(红外导引头)及各种红外探测系统的动态性能进行测试与评估，从而可以减少野外试验次数，降低试验成本和风险，节省人力、物力和时间。动态红外景物模拟系统的关键器件是红外景物产生器。红外景象生成器能产生动态红外景物，用来模拟真实物体及其环境的红外辐射特性。换言之，红外景象生成器可以用来模拟供测试和定标用的热场景。具有微桥结构的电阻阵列是目前重点发展的一种红外景象生成器。电阻阵是由绝热的微桥排列组成的面阵，微桥上包含电阻，电流流过电阻发热，从而加热绝热微桥，发射红外辐射。通过控制电流，可以控制微桥的温度。通过驱动电路同时驱动不同的微桥，可以产生动态的红外图像。

微桥上的电阻产生的红外辐射是向电阻的周围空间传播的，朝向微桥正面的红外辐射向目标方向传输，但是朝向微桥背面的红外辐射通过绝缘层流到硅衬底和衬底下的热沉，这部分辐射量就被浪费了。电阻阵列产生的辐射量由电阻所能达到的最高温度决定，在最高温度不能再提高的情况下，可以通过改善微桥结构来提高向目标传输的辐射能量。

发明内容

为了解决微桥背面的红外辐射没有被合理利用的问题，本发明提供了一种高能量利用率的微桥结构电阻阵列，将常见的平面衬底改为棱台状衬底，朝向微桥背面的红外辐射经棱台表面反射后可向目标方向传播，且棱台表面的低吸收率材料可降低能量的损失。在电阻所能达到的最高温度一定的情况下，棱台衬底微桥结构的电阻阵列可有效提高目标面上的辐照度，可在红外景象仿真系统中作为红外辐射源。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高能量利用率的微桥结构电阻阵列，包括微桥和衬底两部分，所述微桥包含电阻辐射微单元，在电阻辐射微单元中有电流通过时，电阻辐射微单元会产生响应温度的热辐射；所述衬底位于微桥的背面，其形状为棱台状，衬底的表面涂有低吸收漫反射涂层，这样，朝向微桥背面的红外辐射经棱台面散射后，可以通过微桥结构的间隙向目标方向传播。

本发明中，所述的微桥主体结构为电阻薄片，微桥两端是细长的立方体结构，两细长立方体将微桥与周围的衬底连接，并悬空于衬底之上。

本发明中，所述的衬底底(顶)面的多边形边数由微桥的形状决定。如微桥大致为四边形，则棱台为四棱台。

本发明中，所述的衬底的底边边长与微桥尺寸与形状有关，合理设计底边长度可在获得大目标面照度时保持高占空比。

本发明中，所述的衬底的高度与微桥的尺寸及形状有关。微桥尺寸越大，棱台的高度就越高。若微桥为不规则形状，棱台的高度会对能反射出去的辐射量产生影响。

本发明中，所述的衬底的棱边倾角与微桥的尺寸及形状有关。当棱边倾角为0度时，棱台变成了棱柱，这时的散射效率是较低的。当棱边倾角为90度时，底面衬底成一平面，散射效率也较低。实际的棱边倾角应根据微桥决定的底面边数决定。

本发明中，所述的低吸收率漫反射涂层被涂于衬底反射面之上，来改善原衬底的散射特性，且低吸收波段要覆盖红外仿真系统平行投影透镜的设计波段，可用的低吸收率涂层如白漆。

本发明中，将常见的平面型衬底改为低吸收率漫反射表面的棱台状衬底。原来微桥背面的红外辐射会流到硅衬底和衬底下的热沉。当确定好棱台的高度、底面边数和棱边倾角后，可以最大限度的将漫反射红外辐射向目标方向传播。低吸收率的材料可以减少棱台衬底对红外辐射的吸收，使大部分能量反射想目标方向。

相比于平面型衬底，本发明的有益效果是能有效提高目标面上的辐射照度。在电阻阵列能达到的最高温度一定的情况下，棱台状衬底将原来被吸收的红外辐射向目标方向反射，从而使到达目标面的辐射能量变多。合理设计棱台衬底的底面多边形边数、底边长度、棱台高度和棱边倾角可最大限度的使反射的红外辐射增多。低吸收漫反射涂层可显著减少对红外辐射的吸收。特殊的形状和特殊的表面材料提高了微桥电阻的能量利用率。

附图说明

图1为棱台状衬底截面图；

图2为微桥结构俯视图；

图3为简化的红外景象仿真装置；

图4为常用的平面衬底电阻阵列在理想成像透镜像面上的照度图；

图5为本发明所述的电阻阵列在理想成像透镜像面上的照度图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

如图2-3所示，本发明提供的改进的高能量利用率微桥结构由包含电阻辐射微单元的微桥1和衬底2两部分构成，所述衬底2位于微桥1的背面，其形状为棱台状，衬底2的表面涂有低吸收漫反射涂层。为了说明本发明，把微桥描绘成简单的正方形，正方形的两边有两条细腿，与周围的控制部件接触。由于微桥为正方形，所以确定棱柱为四棱台，即棱台底面也为正方形。底边长度要比微桥正方形的边长大，底边长度要根据占空比与目标面上的辐照度来确定。占空比高时，棱台底边长度就不会比微桥大很多；而棱台底边长度越大，目标面上的照度就会越大。所以，底边长度的确定是占空比与目标面辐照度得到平衡的结果。棱台的高度、棱边倾角对目标面的辐照度也有影响。在本实施例中，微桥正方形边长为26μm，确定棱台衬底的底边边长为30μm，棱边数为4条，棱边倾角为40度，棱台高度为10μm。棱台表面使用的涂层为白漆。

图3所示是一个简化的红外景象仿真装置，包括电阻阵列3、平行投影透镜4和理想成像系统5和目标观察面6，图中省去了计算机控制系统、机械转台等机构。电阻阵列由规则排列的总舵微桥结构组成，微桥面中的电阻通过电流时升温，向周围空间发射相应温度的辐射，辐射能量经平行投影透镜传输后投射到导弹导引头上。此处用一个理想成像透镜代替红外导引头中的光学系统。在理想成像透镜的像面处设置观察面，接收电阻阵列发出的辐射能量。为简单起见，本次仿真时电阻阵中只放置一个微桥结构。

图4所示是当电阻阵位置放置的是平面衬底时观察面上的辐照度分布情况，设置微桥面工作时单个面辐射能量为1W。由于微桥结构为正方形，所以观察面上形成一个正方形的光斑。从图中可以看出，观察面平均辐照度为42.556W/m²。

图5所示是棱台状衬底在观察面上的辐照度分布情况，在其他条件都相同的情况下，观察面上的平均辐照度为50.936W/m²，相比于平面衬底的微桥结构电阻阵平均辐照度提高了20％。

所以，本发明所述的棱台状衬底的微桥结构电阻阵列可以有效提高目标平面上的辐照度，更有效的利用微桥电阻的热辐射，合理设计棱台衬底的底面多边形边数、底边长度、棱台高度和棱边倾角可以使微桥电阻的辐射能利用率达到最大。

Claims (6)

1.一种高能量利用率的微桥结构电阻阵列，包括微桥和衬底两部分，其特征在于所述微桥包含电阻辐射微单元，所述衬底位于微桥的背面，其形状为棱台状，衬底的表面涂有低吸收漫反射涂层。

2.根据权利要求1所述的高能量利用率的微桥结构电阻阵列，其特征在于所述微桥的主体结构为电阻薄片，微桥两端是细长的立方体结构，两细长立方体将微桥与周围的衬底连接，并悬空于衬底之上。

3.根据权利要求1所述的高能量利用率的微桥结构电阻阵列，其特征在于所述衬底的底(顶)面的多边形边数由微桥的形状决定。

4.根据权利要求1所述的高能量利用率的微桥结构电阻阵列，其特征在于所述衬底的底面多边形边数、底边长度、棱台高度和棱边倾角与微桥的尺寸及形状有关。

5.根据权利要求1所述的高能量利用率的微桥结构电阻阵列，其特征在于所述低吸收率漫反射涂层的低吸收波段要覆盖红外仿真系统平行投影透镜的设计波段。

6.根据权利要求1或5所述的高能量利用率的微桥结构电阻阵列，其特征在于所述低吸收率漫反射涂层可以选择白漆。