Болометрическое устройство

 

БОЛОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее расположенные на одной подложке термочувствительный элемент и пленочный резистор, источник тока смещения, схему стабилизации чувствительности , вход которой соединен с первым контактом термочувствительногоэлемента, отличающеес я тем, что, с целью улучшения стабильности чувствительности и уменьшения габаритов, оно имеет генератор переменного тока с управляемой амплитудой, токопроводящий контактный слой, соединяющий первый контакт термочувствительного элемента с контактом пленочного резистора, первый контакт которого соединен с источником тока смещения и выходом генератора переменного тока, а вход генератора переменного тока соединен с выходом схемы стабилизации чувстви (П тельности.

(l9) (11) SU

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

° «

РЕСПУБЛИК

А ()4 С 01 J 5/20. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К AB ГОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ е,". Q

4ц@, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ (21) 3418835 (22) 06.04.82 (46) 15.10.85. Бюл. HI 38 (72) Г.А Зайцев, Н.А. Панкратов, А.Д. Ткаченко и И.А. Хребтов (53) 535.231.62(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 266272, кл. G 01 К 7/22, 1968.

2. Зайцев Г.А., Коротков В.П., Хребтов И.А. Стабилизация чувствительности болометра. ПТЭ, 1979, В 1, с. 156 (прототип). (54)(57) БОЛОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее расположенные на одной подложке термочувствительный элемент и пленочный резистор, источник тока смещения, схему стабилизации чувствительности, вход которой соединен с первым контактом термочувствительного элемента, о т л и ч а ю щ е е - с я тем, что, с целью улучшения стабильности чувствительностн и уменьшения габаритов, оно имеет генератор переменного тока с управляемой амплитудой, токопроводющий контактный слой, соединяющий первый контакт термочувствительного элемента с втерым контактом пленочного резистора, первый контакт которого соединен с источником тока смещения и выходом генератора переменного тока, а вход генератора переменного тока соединен с выходом схемы стабилизации чувствительности.

1 10821

Изобретение относится к измерению тепловых потоков излучения и может быть использовано в спектральной и астрофизической аппаратуре.

Известны глубокоохлаждаемые болометры, содержащие чувствительный элемент в виде металлической пленки, нагруэочный резистор и схему регистрации 1). В связи с тем, что рабочий температурный интервал сверхпро- 1п водящего болометра очень узок (0,010,10К), стабильность.чувствительности таких устройств, не содержащих систему терморегулирования, оказывается недостаточной. 15

Наиболее близким к изобретению является болометрическое устройство, содержащее расположенные на одной подложке термочувствительный элемент и пленочный резистор, источник тока смещения и схему стабилизации чувствительности, вход которой соединен с первым контактом термочувствитель" ного элемента (2 «11.

Недостатком известного болометри- 2 ческого устройства является невысокая стабильность чувствительности.

Устройство, кроме пленочного резистора — нагревателя, содержит охлаждаемый проволочный резистор нагрузки, проволочный резистивный нагреватель, которые достаточно массивны, медленно принимают рабочую температуру и, будучи связанными путем теплопроводнос.ти с чувствительным элементом, приводят к дрейфу рабочей температуры и ЗЗ чувствительности болометра. Кроме того, из-за тепловой инерции нагревателя система агтоматическоч стабилизации инерционна и не обеспечивает высокий коэффициент стабилизации. 40

Устройство содержит три резистора, что увеличивает габариты, создает определенные трудности при монтаже болометрического устройства B гелиевых криостатах и вызывает дополнительный расход хладагента.

Цель изобретения — улучшение стабильности чувствительности, и уменьшение габаритов устройства.

Цель достигается тем, что боломет- ® рическое устройство, содержащее расположенные на одной подложке термочувствительный элемент и пленочный резистор, источник тока смещения, схему стабилизации чувствительности, вход которой соединен с первым контактом термочувствительного элемента, имеет генератор переменного тока с

02 2 управляемой амплитудой, токопроводящий контактный слой, соединяющий первый контакт термочувствительного элемента с вторым контактом пленочного резистора, первый контакт которого дополнительно соединен с источником тока смещения и выходом генератора переменного тока, а вход генератора переменного тока соединен с выходом схемы стабилизации чувствительности.

На фиг. 1 изображен болометр с термочувствительным элементом, пленочным резистором и токопроводящим контактйым слоем; на фиг. 2 — то же, вид сверху; на фиг. 3 — структурная схема болометрического устройства.

На диэлектрической подложке 1, например, из кварца расположены термочувствительный элемент 2 в виде металлической пленки из материала, имеющего высокий температурный коэффициент сопротивления о (никель, висмут, олово), и пленочный резистор 3 из материала (нихром, тантал), который по сравнению с материалом термочувствительного элемента имеет малый р . Термочувствительный элемент и пленочньп резистор снабжены контактами 4 — 7. На контакты 5 и 6 нанесен дополнительный токопроводящий контактный слой 8, который соединяет первый контакт 5 термочувствительного элемента с вторым контактом 6 пленочного резистора. Второй контакт термочувствительного элемента соединен с земляной шиной. Первый контакт 7 пленочного резистора соединен с источником тока смещения 9 и с выходом генератора 10 переменного тока с управляемой амплитудой. Вход генератора 10 соединен с выходом схемы стабилизации 11. Входы схемы стабилизации 11 и схемы регистрации 12 через контактный слой 8 соединены с контактами 5 и 6.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемое тепловое излучение попадает на термочувствительный элемент 2. Под действием поглощенного излучения элемент нагревается, и его сопротивление изменяется. С целью регистрации изменения сопротивления через термочувствительный элемент Z и последовательно включенный с ним резистор 3, который выполнят роль нагрузочного сопротивления, пропускают постоянный ток смещения от ис3 1082 ночника тока смещения 9 и затем на пленочном резисторе измеряют электрический сигнал, пропорциональный DER, где Д - ток смещения, hR — приращение сопротивления, вызванное излучением. Этот сигнал усиливается и регистрируется схемой регистрации 12.

Одновременно с термочувствительного элемента снимаются сигналы, пропорциональные нестабильностям чувст- 1Î вительности. Эти сигналы поступают на вход схемы стабилизации 11, которая их усиливает и выделяет сигнал рассогласования. Схема стабилизации имеет на выходе генератор переменно- 15 ro тока с управляемой амплитудой, переменный ток от которого разогревает резистор 3. Так как резистор и термочувствительный элемент расположены на одной подложке, тепло от резистора хорошо передается к термочувствительному элементу. Сигнал рассогласования меняет амплитуду переменного тока и компенсирует уход температуры рабочей точки болометра и его 25 чувствительности от заданного уровня.

Схема стабилизации содержит на входе фильтр, который не пропускает сигналы, соответствующие частотам модуляции измеряемого потока излучения. Схема регистрации содержит на входе фильтр, который не пропускает сигналы с частотой, соответствующей частоте управляемого генератора переменного тока. Необходимо также, 35

102 а чтобы частота управляемого генерато" ра не занимала частотный диапазон полезного сигнала.

Технико-экономическая эффективность устройства обусловлена тем, что в результате введения новых связей между элементами устройства резистор нагрузки одновременно выполняет функции нагревателя в схеме стабилизации чувствительности. Таким образом, устройство содержит на один резистор меньше, что сокращает его габариты, уменьшает дополнительный подвод тепла к чувствительному элементу и связанный с этим дрейф температуры и чувствительности.

Кроме того, такое включение чувствительного элемента болометра, нагрузочного резистора и схемы стабилизации о позволяет улучшить характеристики схемы стабилизации чувствительности — точность и быстродействие. Регулируемый переменный ток подогрева проходит как через резистор нагрузки — нагреватель, так и через. термочувствительный элемент. Таким образом, схема стабилизации управляет как тепловыделением в нагревателе, так и саморазогревом болометра. Причем разогрев током эффективен, так как источник тепла сосредоточен в самом термочувствительном элементе. Реализируется высокая крутизна исполнительного элемента в цепи обратной связи в схеме авторегулирования и повышается общий коэффициент стабилизации.

Фиг.2

1082102

Техред T.Äóáèí÷àê

Корректор В. Гирняк

Редактор Л. Утехина

Заказ 7019/1

Тирах 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ухгород, ул. Проектная, 4