基于可动反射面的双波段微测辐射热计研究

【摘要】：微测辐射热计由于其低功耗、成本小、便于集成等优点广泛应用于热成像系统中。目前,大多数的微测辐射热计只应用于8~14μm这一波段的红外热辐射探测。但是单一波段获取的目标信息由于使用区域的不同、气候温度的改变以及目标的伪装而减弱甚至使得探测器探测不到目标或者探测准确度下降,同时利用景物3~5μm和8~14μm红外热辐射的双波段探测技术可以有效的弥补其不足,因此双波段微测辐射热计已成为非制冷红外成像技术的重要研究内容。 本文系统研究了微测辐射热计的光学性能,从单波段微测辐射热计入手,通过合理选择钝化层的材料以及膜厚,可在8~14μm波段得到较高的红外吸收率;与此同时针对微测辐射热计的实际工作情况,利用MATLAB软件仿真计算了倾斜入射情况下多层光学薄膜系统的红外吸收率,结果显示此种情况下的红外吸收率有明显的降低;其后分析了双波段微测辐射热计的光学特性,利用在Si衬底和热敏感薄膜层之间移动的可动微镜,通过调节第一光学谐振腔的高度使得微测辐射热计同时在两个波段获得目标信息,达到双波段探测的目的。3~5μm和8~14μm波段的最大红外吸收率分别为97 %和98.1 %;在双波段微测辐射热计中,桥面的夹层结构Si_3N_4/SiO_2/VO_x/Si_3N_4/SiO_2的膜厚对光学性能有着至关重要的影响,利用遗传算法对膜厚在3~14μm进行了全局优化,结果显示夹层结构的平均红外吸收率达到60.9 %。 利用专业MEMS仿真分析软件IntelliSuite,设计了双波段微测辐射热计结构中的可动微镜,它利用静电力驱动。设计了两种不同桥腿形状的微镜结构,通过仿真分析比较得出了双层L型桥腿可动微镜性能较好,可动极板运动位移为1.09346μm时,所需要的驱动电压为9.5 V,其响应时间为8.78μs,远远低于微测辐射热计的响应时间。