Болометрическое устройство Советский патент 1993 года по МПК G01J5/20 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения слабых потоков излучения в ши- ооком спектральном диапазоне и в астрофи- тическихисследованиях,

ИК-спектроскопии, диагностике плазмы и лазерного излучения.

Цель изобретения - повышение точности измерений болометрического устройства.

На чертеже показана конструкция болометрического устройства.

Болометрическое устройство содержит криостат 1, включающий, например, азотный сосуд 2 с экраном и гелиевый резервуар 3 с экраном. В криостате выполнены два оптических входных окна 4. С дном резервуара через теплоизолирующую прокладку 5 соединена единая металлическая плата 6, на которой смонтированы полупроводниковый болометр, состоящий из полупроводникового кристалла 7, теплоотводящих нитей 8 и базы 9 (приемник первого канала), и сверхпроводниковый болометр, состоящий из сверхпроводящей пленки 10 и твердой подложки 11, между которыми заключена теплоизолирующая прослойка 12 и нагревательный элемент 13, причем база 9 и под- лржка 11 имеют идеальный тепловой контакт с единой платой 6.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемое излучение делится на два пучка и модулируется на низкой и высокой частотах (на чертеже делитель и модулятор не показаны). Низкочастотное излучение подается в канал с высокочувствительным, но инерционным полупроводниковым болометром. Высокочастотное излучение поступает во второй канал, в котором приемником служит быстродействующий сверхпроводниковый болометр, Под действием излучения болометры развивают сигналы, которые усиливаются и поступают в усилительно-регистрирующую систему (схема на чертеже не показана). Одновременно со сверхпроводникового болометра поступает сигнал рассогласования в систему стабилизации температуры (на чертеже не показана).

Высокая чувствительность полупроводникового болометра реализуется за счет слабой тепловой связи полупроводникового кристалла 7 с базой 9 через теплоотводящие нити 8 и обеспечения температуры, при которой температурный коэффициент сопротивления имеет максимум. Вывод чувствительного элемента болометра в оптимальную по температуре рабочую точку осуществляют подбором тока и тепловой

связи при заданном уровне фона. При этом температура базы должн, р п ь «4,3 К. При температуре гелия в криостате 4,2 К указанная температура единой платы и базы обеспечивается теплоизолирующей прокладкой 5 между единой платой и дном гелиевого резервуара криостэта.

Быстродействие второго канала обеспечивается тем, что приемник выполнен на

основе тонкой пленки 10 из сверхпроводящего материала, нанесенной непосредственно на массивную подложку 11 через теплоизолирующую прослойку 12, имеющую хороший тепловой контакт с платой 6.

В качестве сверхпроводящего материала использованы двойные структуры, например, из пленок Рв и Sn, которые имеют температуру перехода из нормального состояния в сверхпроводящее, соответствующее температуре тепловой базы 9 полупроводникового болометра, при которой обеспечивается максимальная чувствительность полупроводникового болометра.

Повышение точности измерений в канале с полупроводниковым болометром, чувствительный элемент которого соединен с единой платой 6 через теплоотводлщие нити 8, реализуется повышения точности стабилизации температуры единой платы. Стабилизация температуры осуществляется с помощью нагревательного элемента 13, смонтированного на единой плате 6, и теплоизолирующей прокладки 5 между

единой платой 6 и дном резервуара криоста- та. Датчиком температуры единой платы в системе стабилизации служит сверхпроводящий болометр, чувствительный элемент которого соединен с единой платой 6 через

теплоизолирующую прослойку 12, что обеспечивает хорошую тепловую связь между ними и быстродействие этого приемника, Благодаря хорошей тепловой связи температуры чувствительного элемента л единой

платы практически совпадают. При большом температурном коэффициенте сопротивление (ТКС) вблизи рабочей точки болометра его использование в качестве датчика схемы стабилизации температуры

позволяет с высокой точностью стабилизировать температуру единой платы. При этом в предлагаемом устройстве, так как |ОБ 1 вц (где Ом - ТКС материал чувствительного элемента болометра с теплоотводящими нитями;об -ТКС материал чувствительного элемента сверхпроводящего болометра), стабилизация температуры болометра с теплоотводящими нитями производится с большой точностью.

(56) Хребтов И.А. Сверхпроводниковые болометры. ПТЭ, № 4, 1984, с. 5.

Поломицкий Г.Б. Двухканальный фотометр для субмиллиметровых и инфракрас- 5

ных наблюдений на БТА в сб. Теловые приемники излучения. Л. - ГОИ, 1980, с. 142143.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения слабых потоков излучения в широком спектральном диапазоне. Цель изобретения - повышение точности Устройство содержит криостат. два болометра, один из которых выполнен с теплоотводящими нитями. Введение единой платы с нагревательным элементом системы стабилизации темпе-- ратуры, на которой размещены болометры, теплоизолирующей прокладки, теплоизолирующей прослойки, а также выполнение одного из болометров из материала, температурный коэффициент сопротивления которого больше по абсолютной величине температурного коэффициента материала чувствительного элемента другого болометра, позволяет повысить точность измерения слабых потоков излучения 1 ил.

Формула изобретения

БОЛОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее криостат, два болометра, один из которых выполнен с теплоотводя- щими нитями, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены единая плата с нагревательным элементом системы стабилизации температуры, теплоизолирующая прокладка, теплоизолирующая прослойка, причем на единой плате, соединенной с дном резервуара криостата через теплоизолирую/JT

. .. TV

5 69 87

Составитель Е.Аносова /

Редактор Г.МозжечковаТехред М.Моргентал Корректор I М.Керецман

щую прокладку, размещены болометры , чувствительный элемент одного из которых

соединен с единой платой через теплоот- водящие нити, а чувствительный элемент другого болометра соединен с единой платой через теплоизолирующую прослойку и выполнен из материала, температурный

коэффициент сопротивления которого больше по абсолютной величине температурного коэффициента материала чувствительного элемента болометра v, теплоотводящими нитями.