Термоэлектрический приемник излучения Советский патент 1983 года по МПК G01K7/02 H01L37/04 

90 О 1

СО

эо Изобретение относится к области тепловых и температурных измерений, в частности к анизотропным малоинерг ционным тепловым детекторам лучистой энергии. Приемник может найти применение в качестве термочувствительного элемента в радиометрах, пирометрах/ актинометрах и других приборах и устройствах для измерения лучистой энергии. Известны термоэлектрические приемники излучения, содержание пластину, вырезанную из полупроводникового монокристаллапод углом к главной кристаллографической . Вследствие ограниченного выбора полупроводниковых монокристаллов, об ладающих высокой термоэлектрической добротностью в сочетании с сильно выраженной анизотропией термоэдс, эффективность указанных преобразователей низка.. Наиболее близким техническим реше нием является термоэлектрический при емник излучения, содержащий теплоотвЬдящую подложку, размещенную на ней вспомогательную стенку из бинарного эвтектического сплава на основе А Б илиА й с параллельно упорядоченными игольчатыми включениями типа С . В, например, tff &Ь илиС ЗзЛ5с включениями N,ob или N, As соответственно 2 , Наряду с преимуществами, обусловленными высокой термоэлектрической и термомагнитной добротностью эвтектики, указанному приемнику излучения присущи определенные недостатки. Для достижения высокой эффективности преобразования требуется сильное маг нитное поле, что усложняет конструкцию и увеличивает габариты приемника. Кроме того, чувствительность приемника зависит от напряженности магнитного поляки эффективной длины чув ствительного элемента. Эти два параметра взаимно ограничены, так как увеличение эффективной длины путем последовательного соединения ветвей меандра в термобатарею неизбежно уве личивает расстояние между полюсами магнита и тем самым снижает напряжен ность поля. По этой причине такой термопреобразователь трудно выполнит высокочувствительным и миниатюрньм одновременно, например в качестве приемника излучения к пирометру, i Целью изобретения является повыше ние чувствительности и упрощение кон струкции приемника. Поставленная цель достигается тем,что в термоэлектрическом приемни ке излучения, содержащем теплоотводЪ щую подло)ку и размещенную на ней вспомогательную стенку из бинарного эвтектического сплава на основе А или В с параллельно упорядоченными игольчатыми включениями типа , например Зп .Ь илиСсЗ- А гС включениями или N Дд соответственно, вспомогательная стенка выполнена из последовательно соединенных параллельных ветвей в виде наклонного параллелепипеда, которые под углом 45° к направлению игольчатых включений, причем в смежных ветвях включения наклонены в противоположные стороны от нормали к теплоотводящей подложке. Благодаря упорядоченной ориентации второй фазы эвтектики в виде высокоэлектропроводных игольчатых включений, указанные сплавы обладают сильно выраженной анизотропией свойств. По сути дела такая структура является искусственно анизотропной с большим числом короткозамкнутых в направлении игольчатых включений термопар, и по свойствам аналогична анизотропному монокристаллу с высокой термоэлектрической добротностью. Особенностью технического решения является то, что в отличие от прототипа, ветви термобатареи рассматриваемого приемника излучения вырезаны из эвтектического сплава под углом 45° к направлению игольчатых включений и выполнены в форме наклонных параллелепипедов, благодаря чему батарея генерирует поперечную термоэдс без наложения магнитного поля. Конструкция предложенного устройства показана на чертеже. Термочувствительннй элемент приемника состоит из ветвей 1, последователь-но соединенных посредством электропроводных перемычек 2 в батарею с токосъемными выводами 3. Ветви изготовлены из эвтектического сплава, содержащего игольчатые включения 4. Приемник собран на электроизолированной теплоотводящей пОдложкв 5, являющейся одновременно несущей плитой. Предлагаемый термоэлектрический приемник излучения работает следующим образом. Измеряемый лучистый поток Q поглощается зачерненной поверхностью ветвей; 1 и в виде тепловой энергии отводится к подложке 5. Соответственно тепловому потоку в ветвях 1 чувствительного элемента устанавливае- ся определенный градиент температуры. Под действием последнего вследствие наклонного расположения игольчатых включений 4 в искусственно анизотропных ветвях происходит накопление поперечной относительно градиента температуры составляющей термоэдс, подобно тому, как имеет место, например, в обычной термобатарее с большим числом последовательно соединенных Tepvionap. В результате того, что игольчатые включения в смежных ветвях наклонены в противоположные стороны, генерируемые соседними ветвями эдс складываются с помощью перемычек 2 и с токосъемных выводов 3 снимается суммарный сигнал.

Полное использование термовоспринимающей поверхности(вследствие наклонного расположения ветвей меандра) , высокая термоэлектрическая добротность материала чувствительного элемента и возможность изготовления приемника с большей эффективной длиной ветвей повышают вольтваттную чувствительность приемника и эффективность преобразования в целом. Независимость чувствительности приемника от толщины и ширины ветвей и возможность исполнения чувствительного элемента миниатюрным способствуют

A . 1 «-,.

увеличению его обнаружительйой способности. Кроме того, по сравнению с прототипом, упрощается конструкция приемника, так как отпадает необходимость в использовании магнита.

Вычокая чувствительность.простота конструкции и неселективность к длине волны измеряемого излучения

в сочетании с малой лучевоспринимающей поверхностью приемника излучения повышают технико-экономическую эффективность его применения в различных областях измерительной техники,

регистрация интенсивности излучения импульсных источников, техника инфракрасного обнаружения движущихся объектов, пирометрия, устройства для измерения свойств материалов

и т.п.

6-6 /

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий теплоотводящую подложку, размещенную на ней вспомогательную стенку из бинарного эвтектического сплава на основе А В или с параллельно упорядоченными игольчатыми включениями типа , напримерЗп5А с включениямиН ВЬили Ni AS соответственно, о тличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и упрощения конструкции приемника, вспомогательная стенка выполнена из по- -, следовательно соединенных параллельных ветвей в виде наклонного параллелепипеда, которые вырезаны под углом 45° к направлению игольчатых включений, причем, в смежных ветвях включения наклонены в противоположные стороны от нормали к теплоотвос S9 дящей подложке.

/

/

V

Тл