Анізотропний термоелектричний приймач випромінювання

1 Анізотропний термоелектричний приймач випромінювання, що складається з термостатуючого корпусу із електровиводами і анізотропного термоелемента у вигляді прямокутної призми довжиною а, висотою b та шириною с (a = c » b ) , який відрізняється тим, що кристалографічні осі з максимальною та мінімальною термо-е р с розташовані в площині, що створена її висотою та діагоналлю, і орієнтовані під кутом е =45° до нижр ньої робочої грані, що через діелектричний шар великої теплопровідності знаходиться у тепловому контакті з термостатуючим корпусом та містить в точках знаходження прямих кутів умовних приймальних площин з заданими розмірами Д І та Винахід відноситься до термоелектричних приладів і знайде застосування в теплопірокалориметрм, ІЧ- і лазерній техніках, електроніці та теплобаченні Він призначений для визначення розподілу променевих потоків в їх поперечному перерізі у широкому спектральному та енергетичному діапазонах ВІДОМІ пристрої [1], що містять тепловирівнюючі та тепловіддаючі деталі, а також анізотропні елементи Вони дозволяють визначати розподіл променевих потоків по площині як в неперервному, так і в імпульсному режимах Із існуючих аналогів найбільш близьким по технічній суті є анізотропний термоелектричний координатночутливий приймач неселективного випромінювання, який працює при поверхневому і об'ємному поглинаннях, а також оптичної прозорості [2] Він складається з анізотропного термоелемента у вигляді чотирьохгранної прямокутної призми, чотирьох електричних виводів та термостатуючого корпусу з діафрагмою Такий приймач визначає координати теплової плями, яка викликана випромінюванням у випадку, коли площа поперечного перерізу теплового потоку, що викликає цю пляму, значно менша за площу робо чої грані анізотропного термоелемента Визначати енергетичні параметри випромінювання та його розподіл цей прилад неспроможний Тому досить актуальним є завдання створення анізотропного термоелектричного приймача, який визначає енергетичний розподіл неселективного або когерентного випромінювань Вказане завдання розв'язується тим, що анізотропний термоелектричний приймач складається з термостатуючого корпусу, електровиводів і анізотропного термоелемента у вигляді чотиригранної прямокутної призми із термоелектрично анізотропного матеріалу, кристалографічні ВІСІ З максимальною та мінімальною термо-е р с , якої розташовані в площині, що створена її висотою та діагоналлю, і орієнтовані під кутом е =45° до нижр ньої робочої грані, що через діелектричний шар великої теплопровідності знаходиться у тепловому контакті з термостатуючим корпусом та містить в точках знаходження прямих кутів умовних приймальних площин з заданими розмірами ДІ та Д т через відстані а/п та с/п точкові, електричні мікроконтакти, що під'єднані до електровиводів, де п - чисельність периферійних електричних мікроконтактів на бічній грані призми, а - довжина, с Д m через відстані а/п та с/п точкові електричні мікроконтакти, що під'єднані до електровиводів, де п - чисельність периферійних електричних мікроконтактів на бічній грані призми (вздовж а чи с) 2 Анізотропний термоелектричний приймач випромінювання за п 1, який відрізняється тим, що загальна чисельність N точкових електричних мікроконтактів радіусом г знаходиться в межах 5 < N < 0 6а/г+ 1 5а/г-1 ю СО СЧ (О 62351 ширина призми ВІДПОВІДНІСТЬ критерію "новизна" запропонованому пристрою забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки У винаході запропоновано принципово нове рішення для анізотропних приймачів випромінювання, яке полягає в тому, що кристалографічні ВІСІ з максимальною та мінімальною термо-е р с , якої розташовані в площині, що створена її висотою та діагоналлю, і орієнтовані під кутом е =45° р до нижньої робочої грані, що через діелектричний шар великої теплопровідності знаходиться у тепловому контакті з термостатуючим корпусом та містить в точках знаходження прямих кутів умовних приймальних площин з заданими розмірами ДІ та Д т через відстані а/n та с/n точкові, електричні мікроконтакти, що під'єднані до електровиводів Тому ознака, яка не зустрічається ні в одному з аналогів - "та містить в точках знаходження прямих кутів умовних приймальних площин з заданими розмірами ДІ та Д т через відстані а/n та с/n точкові, електричні мікроконтакти, що під'єднані до електровиводів" забезпечує заявленому пристрою необхідний "винахідницький рівень" Промислове використання запропонованого винаходу не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, його реалізація можлива на існуючих підприємствах електронної і приладобудівної промисловості На фіг 1, 2 представлена схематична конструкція запропонованого пристрою Анізотропний термоелектричний приймач (фиг 1, 2) містить анізотропний елемент 1 довжиною а, висотою b та шириною с (a=c»b), який через теплопровідний діелектричний шар 2 знаходиться в тепловому контакті з корпусом-термостатом 7 Термоелемент 1 виконано з термоелектрично анізотропного матеріалу у вигляді прямокутної чотиригранної призми так, що кристалографічні ВІСІ З максимальною та мінімальною термо-е р с розміщенні в площині, яка проходить через діагональ призми та її висоту b бічної грані axb, і орієнтовані під кутом е =45° до р нижньої робочої грані ахс Нижня робоча грань анізотропного термоелемента 1 містить N точкових, електричних мікроконтактів 4, які розташовані через відстані а/n та с/n в точках знаходження прямих кутів умовних приймальних площин з геометричними розмірами Д І х Д т Периферійні ТОЧКОВІ електричні мікро контакти 4 розташовані на нижніх ребрах бічних граней анізотропного термоелементу та з'єднані з електровиводами 3 за допомогою мікродроту 6 Вони розташовані через відстані а/n та с/n (де п - чисельність гранів умовних приймальних площин, які розміщені в довжині а та ширині с) Точкові електричні мікро контакти 4, які розташовані в площині нижньої робочої грані анізотропного термоелементу, виводяться за допомогою електропровідних шарів 5, які теж з'єднані з ВІДПОВІДНИМИ електровиводами 3 Ці шари створені методом напилення ВІДПОВІДНИХ матеріалів на керамічну пластину 2 Електрична ІЗОЛЯЦІЯ поверхонь цих шарів від нижньої грані термоелементу здійснюється діелектричними плівками Число необхідних мікроконтактів N визнача ється величиною заданої дозволяючої здатності анізотропного термоелектричного приймача по площі А = Д І х Д т Проведені дослідження показали, що мінімальне значення цієї величини визначається радіусом г точкового електричного мікроконтакта, яке при виконанні співвідношення r « b вибирається не менш 6г (ДІ = Д т < 6 г ) , причому 2 Анін-36г при N=0 6а/г+1 Подальше зменшення цієї відстані при незмінному радіусі мікродрота 5 веде до часткового закорочення термо-е р с анізотропного термоелемента та ВІДПОВІДНОГО падіння чутливості приймача Загальна мінімальна чисельність контактів, яка відповідає максимальному значенню дозволяючої здатності дорівнює N=9 при АНакс=0 25(ахс) Таким чином загальна чисельність N рівномірно розподілених точкових електричних периферійних мікроконтактів анізотропного термоелемента знаходиться в межах 9< N < 4п+(п-1) , та визначається необхідною величиною дозволяючої здатності приймача по площі У дослідному зразку запропонованого приймача анізотропний термоелемент 1 виконувався з монокристалу антимоніду кадмію з наступними параметрами в області кімнатних температур Да =280мкВ К"1, к22=1,510 2Вт(см К) \ а =0,3(Ом см) у вигляді пластини з а=с=3мм, Ь=0 5мм та з'єднувались з електровиводами за допомогою золотого дроту радіусом г=10мкм Його дозволяюча здатність по площі А-і=ДІх Д т =1мм2 Загальна КІЛЬКІСТЬ мікроконтактів при цьому складала N=16 Верхня робоча грань ахс термоелемента 1 містила поглинаюче неселективне покриття з піровуглецю Експериментальне дослідження цього приймача зовнішнього оптичного поглинання проводилось як з когерентним так і з неселективним випромінюваннями Когерентне випромінювання задавалось триколірним лазером ЛГ-126 на довжинах хвиль 0 56, 1 12 та 3 Збмкм з енергією гус2 тиною 1мВт/мм Неселективне випромінювання задавалось установкою "чорного тіла" АЧТ-1А, яка давала змогу задавати необхідний геометричний розподіл енергії в и поперечному перерізі Проведений аналіз показує, що у випадку випромінювання з постійним геометричним розподілом енергетичної густини на верхній робочій грані термоелементу, є р с U^fq) та U^fq), які знімається з ВІДПОВІДНИХ мікроконтактів, характеризуються однаковим характером залежності цих є р с від густини теплового потоку q U Ax (q) = U Az (q) = (C+Dx)z, (1) де С і D - ПОСТІЙНІ, які визначаються параметрами анізотропного термоелементу Для випромінювань з повільним розподілом енергетичної густини запропонований приймач застосовується із ВІДПОВІДНИМ аналітичним перетворювачем електричних потенціалів, які знімаються з точкових мікроконтактів 4 Проведені дослідження показують, що інформаційна аналітична обробка розподілів їх електричних потенціалів дозволяє отримати однозначну картину розподілу густини променевої енергії вздовж заданого геометричного напрямку з дозволяючою зда 62351 тністю по площі А= ДІ х Д т Застосування аналогових інтегральних суматорів, які під'єднані до комп'ютера дозволяє отримувати як чисельну, так і візуальну інформацію розподілу густини променевої енергії різних об'єктів, які випромінюють Разом із ВІДПОВІДНИМИ ОПТИ ЧНИМИ системами такі приймачі дозволяють створювати апаратуру для пошарового температурного сканування різних об'єктів, що дає можливість значно підвищити чутливість та дозволяючи здатність систем теплобачення Комп'ютерна верстка А Крулевський Література 1 Ащеулов А А , Адылшин О Г , Воронка Н К , Раренко И М Некоторые вопросы использования полупроводниковых соединений А2В5 // В кн Материаловедение полупроводниковых соединений группы А 2 В 5 —Черновцы ЧГУ, 1990 — С 1 1 1 2 А с СССР 1141954 Анизотропный термоэлектрический приемник неселективного излучения / А А Ащеулов, В И Ильин, В М Кондратенко, И М Раренко Б И №18, 1985 Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119