Термоэлектрический приёмник излучения

 

Изобретение относится к измерительной технике и используется для измерения потоков инфракрасного излучения. Приемник содержит термобатарею, составленную из последовательно соединенных термоэлементов. Горячие спаи термобатареи находятся на облучаемой площадке, представляющей собой тонкую подложку из материала с низкой теплоемкостью, покрытую в зоне горячих спаев слоем, поглощающим излучение в широком спектральном диапазоне излучения, а холодные спаи находятся вне зоны облучения на основании с высокой теплоемкостью. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности приемника. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и используется для измерения потоков инфракрасного излучения Термоэлектрические приемники излучения имеют равномерную чувствительность в диапазоне длин волн от 2 до 40 мкм и высокую стабильность коэффициента преобразования.

В измерительной технике имеется тенденция повышения чувствительности средств измерения, поэтому целью изобретения является повышение чувствительности термоэлектрического приемника излучения.

Известен термоэлектрический детектор излучения см. а.с. 570793, МКИ G 01 J 5/12, в котором с целью повышения его чувствительности приемник содержит большое количество термоэлементов, соединенных последовательно в термобатарею; при этом термобатарея выполнена в виде чередующихся гальванических покрытий и непокрытых участков обмотки из термоэлектродной проволоки, навитой на высокотеплопроводную плату U-образного профиля с канавками, расположенными перпендикулярно виткам обмотки.

Однако метод чередующихся гальванических покрытий не обеспечивает высокой чувствительности вследствие шунтирующего действия гальванического покрытия на участке термоэлектродной проволоки, что снижает эффективность предлагаемого детектора излучения.

Кроме того, в зоне падения потока излучения находятся одновременно горячие и холодные спаи термоэлементов, вследствие чего часть потока излучения попадает на холодные спаи, расположенные на высокотеплопроводной плате и бесполезно теряется на нагрев платы, что также существенно снижает чувствительность термоэлектрического детектора излучения.

Эти недостатки делают невозможным применение вышеуказанного термоэлектрического детектора излучения при измерении малых потоков инфракрасного излучения, например, _изл≤10^-9 Вт.

С целью повышения чувствительности термоэлектрического приемника излучения горячие спаи термоэлементов располагаются на приемной площадке так, чтобы максимально использовать приращение температуры облучаемой площадки, вызываемое падающим излучением.

Для снижения потерь тепла на основании термобатареи подложка выполнена из материала с низкой теплопроводностью и предельно малой толщины, обеспечивающей достаточную прочность конструкции. Падающее излучение равномерно распределяется по сечению потока излучения, и на облучаемой площадке устанавливается распределение температуры с максимумом в центре площадки. На периферии облучаемой площадки температура будет ниже вследствие отвода тепла на границе облучаемая площадка - подложка и выводы термоэлементов.

Располагая горячие спаи на облучаемой площадке так, чтобы последние распределялись по всей площади облучаемой площадки, чувствительность термоэлектрического приемника увеличивается вследствие того, что часть горячих спаев находится в зоне максимального температурного воздействия.

Использование подложки термобатареи из материала с низкой теплопроводностью позволяет увеличить приращение температуры облучаемой площадки. Использование подложки с низкой теплопроводностью для размещения горячих спаев термобатареи уменьшает отвод тепла от облучаемой площадки, что также вызывает дополнительное приращение температуры приемной площадки и, следовательно, увеличение чувствительности термоэлектрического приемника излучения.

На чертеже схематически показан термоэлектрический приемник излучения.

Термоэлектрический приемник излучения состоит из термопар, соединенных последовательно, горячие спаи которых расположены на облучаемой площадке 1, поглощающей падающее излучение, при этом облучаемая площадка 1 расположена на тонкой мембране 2, выполненной из материала с низкой теплоемкостью и теплопроводностью и закрепленной на основании 3, имеющем высокую теплоемкость.

Термопары объединены в секторы, при этом горячие спаи каждого сектора расположены на облучаемой площадке 1 ступенчато от периферии облучаемой площадки к центру.

Контактные площадки 4 служат для подключения термоэлектрического приемника излучения к регистрирующему устройству.

Холодные спаи термопар расположены на основании 3 вне зоны облучения.

Линия 4 ограничивает размер облучаемой площадки, покрытой слоем, поглощающим излучение, линия 5 определяет размер окна в основании 3, закрытое мембраной 2.

Термоэлектрический приемник излучения обладает стабильным коэффициентом преобразования в широком температурном диапазоне и может быть использован для измерения инфракрасных потоков в пирометрии, в инфракрасных оптических абсорбционных газоанализаторах и др.

Формула изобретения

1. Термоэлектрический приемник излучения, содержащий термоэлементы, соединенные последовательно в термобатарею, причем горячие спаи термоэлементов расположены на облучаемой площадке, представляющей собой тонкую подложку из материала с низкой теплоемкостью, покрытую слоем, поглощающим излучение в широком спектральном диапазоне излучения, а холодные спаи термоэлементов расположены вне зоны облучения с высокой теплоемкостью, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности термобатареи, горячие спаи термоэлементов расположены на облучаемой площадке секторами, а в каждом секторе горячие спаи расположены со сдвигом ступенчато от периферии к центру.

2. Термоэлектрический приемник излучения по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, подложка термобатареи в зоне расположения горячих спаев выполнена из материала с низкой теплопроводностью.

РИСУНКИ

Рисунок 1