Болометрическое устройство Советский патент 1985 года по МПК G01J5/20 

Изобретение относится к измерению тепловых потоков излучения и может быть использовано в спектральной и астрофизической аппаратуре. Известны глубокоохлаясдаемые болометры, содержащие чувствительный элемент в виде металлической пленки, нагрузочный резистор и схему регистрации СО- В связи с тем, что рабочий температурнь интервал сверхпроводящего болометра очень узок (0,010,10К), стабильность, чувствительности таких устройств, не содержащих систему терморегулирования, оказыва;ется недостаточной. 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 термочувствительного элемента . Недостатком известного болометрического устройства является невысокая стабильность чувствительности. Устройство, кроме пленочного резистора - нагревателя, содержит охлаждаемый проволочный резистор нагрузки проволочный резистивный нагреватель, которые достаточно массивны, медленн принимают рабочую температуру и, будучи связанными путем теплопроводнос ти с чувствительным элементом, приво дят к дрейфу рабочей температуры и чувствительности болометра. Кроме то го, из-за тепловой инерции нагревате ля система автоматической стабилизации инерционна и не обеспечивает высокий коэффициент стабилизации. Устройство содержит три резистора что увеличивает габариты, создает определенные трудности при монтаже болометрического устройства в гелиевых криостатах и вызывает дополнительный расход хладагента. Цель изобретения - улучшение стабильности чувствительности и уменьше ние габаритов устройства. Цель достигается тем, что боломет рическое устройство, содержащее расположенные на одной подложке термочувствительный элемент и пленочный резистор, источник тока смещения, сх му стабилизации чувствительности, вход которой соединен с первым контактом термочувствительного элемента имеет генератор переменного тока с 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 контактйзтм 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 oi (никель, висмут, олово), и пленочный резистор 3 из материала (нихром, тантал), который по сравнению с материалом термочувствительного элемента имеет малый ci Термочувствительный элемент и пленочньй 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 2 и последовательно включенный с ним резистор 3, который выполняет роль нагрузочного сопротивления, пропускают постоянньп ток смещения от источника тока смещения 9 и затем на пленочном резисторе измеряют электри ческий сигнал, пропорциональный ЗлЯ, где Э - ток смещения, AR - приращение сопротивления, вызванное излучением. 3Tot сигнал усиливается и регистрируется схемой регистрации 12. Одновременно с термочувствительно го элемента снимаются сигналы, пропорциональные нестабильностям чувствительности. Эти сигналы поступают на вход схемы стабилизации 11, которая их усиливает и выделяет сигнал рассогласбвания. Схема стабилизации имеет на выходе генератор переменного 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 термочув ствительному элементу. Сигнал рассог ласования меняет амплитуду переменного тока и компенсирует уход температуры рабочей точки болометра и его 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. чтобы частота управляемого гйнератора 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 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. Реалиэируется высокая крутизна исполнительного элемента в цепи обратной связи в схеме авторегулирования и повышается общий коэффициент стабилизации.

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, 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.

.2

7Н.

8

Фиг.З