一种测定热释电红外探测器响应时间的方法
【专利摘要】本发明公开一种测定热释电红外探测器响应时间的方法，本发明属于红外探测器技术领域。本发明的测定方法首先建立热释电红外探测器的三维仿真模型，然后将待测试的热释电红外探测器的参数导入所述的三维仿真模型中，再加载环境边界条件，待所述三维仿真模型的温度稳定后在三维仿真模型上持续加载仿真动态热辐射脉冲至达到动态平衡温度，通过瞬态热传递有限元仿真方法分析，获得所述三维仿真模型的温升为纵坐标、时间为横坐标的曲线，所述曲线中从稳定温度到动态平衡温度时所对应的时间变化量即为所测热释电红外探测器的响应时间。本发明真实模拟器件工作状态，大大减小近似计算所带来的误差，提高测定的准确度。
【专利说明】
一种测定热释电红外探测器响应时间的方法
技术领域
[0001]本发明涉及红外探测器技术领域，尤其是涉及一种测定热释电红外探测器响应时间的方法。
【背景技术】
[0002]热释电探测器是一种红外辐射的探测器件，它利用热释电体的自发极化随温度变化的特性制成。这种器件在室温下工作，具有很宽的光谱范围和较高的探测率。在室温工作的热敏探测器中，它的低频特性可与高莱管、真空热电偶相媲美，而高频特性则优于任何其他热敏探测器，被广泛用于军事、工业、医药卫生、科学研究及环境监测等领域。
[0003]目前确定热释电红外探测器响应时间的方法通常为实验测量法。现有的测量热释电探测器响应时间的设备中，存在频率难以控制、测量数据不稳定、效率低等问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，提供一种能够更为准确地测定热释电红外探测器响应时间的方法。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]—种测定热释电红外探测器响应时间的方法，其特征在于，包括以下顺序步骤:
[0007]步骤1:建立热释电红外探测器的三维仿真模型；
[0008]步骤2:将待测试的热释电红外探测器的参数导入所述的三维仿真模型中；
[0009]步骤3:在所述的三维仿真模型上加载环境边界条件，待所述三维仿真模型的温度稳定，定义此时三维仿真模型的稳定温度为To，然后在三维仿真模型上持续加载仿真动态热辐射脉冲使其达到动态平衡温度，定义所述三维仿真模型加载仿真动态热辐射脉冲下的动态平衡温度为T;
[0010]步骤4:通过瞬态热传递有限元仿真方法，获得所述的三维仿真模型的温升为纵坐标，时间为横坐标的曲线；
[0011]步骤5:根据步骤4中温升随时间变化的曲线，得到所测热释电红外探测器的响应时间为所述三维仿真模型从稳定温度To到动态平衡温度T时所对应的时间变化量。
[0012]所述步骤I中可以使用任何合适的方法建立热释电红外探测器的三维仿真模型；例如，本发明可以使用微机电系统(MEMS)软件建立热释电红外探测器的三维仿真模型。
[0013]本发明建立的热释电红外探测器的三维仿真模型可以是圆底支柱模型，也可以是各种双支柱、四支柱或者其他适合类型的热释电红外探测器的模型。即，本发明的实施例中提供的方法适应于各种类型的热释电红外探测器。优选地，本发明可以建立一种三维仿真模型，其包括从下至上依次层叠的底层支撑层结构、底金属层、敏感材料层和顶金属吸收层。其中，本发明的三维仿真模型也可以包括其他的结构层或者以其他的结构形式建立。
[0014]所述步骤2中，建立了三维仿真模型之后，可以将热释电红外探测器的参数导入建立的三维仿真模型之中；本发明中热释电红外探测器的参数包括热释电红外探测器的各个结构层的实际结构尺寸和工艺线上材料参数。
[0015]所述步骤3中在上述优选的三维仿真模型上加载环境边界条件，等待三维仿真模型的仿真温度稳定之后再在顶金属层表面加载仿真动态热辐射脉冲以使得三维仿真模型达到动态平衡温度;其中，三维仿真模型温度稳定的时间为10毫秒，在所述三维仿真模型的顶金属层表面加载所述仿真动态热辐射脉冲的持续时间至少为90毫秒。
[0016]本发明通过瞬态热传递有限元仿真方法，获得所述三维仿真模型的温升随时间变化的数据;然后根据此数据得到热释电红外探测器的响应时间。
[0017]由于热释电红外探测器响应时间的测定不仅跟材料参数、器件结构参数有关，还跟所加热流大小有关，因此响应时间计算较为复杂。相比于现有技术，本发明提供的测定热释电红外探测器响应时间的方法，基于精确的三维仿真模型，采用实际的热释电红外探测器尺寸和工艺线参数，通过瞬态热传递有限元方法分析，真实模拟器件工作状态，从而计算热释电红外探测器的响应时间。本发明利用有限元仿真计算热释电红外探测器的响应时间将大大减小近似计算所带来的误差，提高测定的准确度。
【附图说明】
[0018]图1为本发明测定热释电红外探测器响应时间的方法的流程示意图。
[0019]图2为本发明三维仿真模型的结构示意图；其中，I为底层氧化铝陶瓷支撑层，2为底层镍铬合金电极层，3为钽酸锂敏感层，4为顶层镍铬合金电极层。
[0020]图3为本发明实施例获得的三维仿真模型的温升随时间变化的曲线图。
【具体实施方式】
[0021]下面将结合附图详细说明本发明测试热释电红外探测器响应时间的方法的具体步骤。
[0022]图1为本发明测定热释电红外探测器响应时间的方法的流程示意图。
[0023]实施例:一种测定热释电红外探测器响应时间的方法，其顺序步骤如下:
[0024]步骤1:建立热释电红外探测器的三维仿真模型，如图2所示，所述三维仿真模型包括从下至上依次层叠的底层支撑层结构、底金属层、敏感材料层和顶金属吸收层；
[0025]步骤2:将待测试的热释电红外探测器的参数导入所述的三维仿真模型中；
[0026]步骤3:在所述的三维仿真模型上加载环境边界条件，设定所述三维仿真模型的支撑结构底部温度为27°C，所述三维仿真模型上加载环境边界条件10毫秒后，定义此时三维仿真模型的稳定温度为To，然后在三维仿真模型上加载仿真动态热辐射脉冲持续90毫秒，定义所述三维仿真模型加载仿真动态热辐射脉冲下的动态平衡温度为T;
[0027]步骤4:通过瞬态热传递有限元仿真方法，获得所述的三维仿真模型的温升为纵坐标，时间为横坐标的曲线；
[0028]步骤5:根据步骤4中温升随时间变化的曲线，则热释电红外探测器的响应时间为所述三维仿真模型从稳定温度To到动态平衡温度T时所对应的时间变化量。
[0029]如图3所示为本发明的一个实施例在加载了环境边界条件和仿真动态热辐射脉冲之后，依照步骤4，通过瞬态热传递有限元仿真方法，获得所述的三维仿真模型的温升为纵坐标，时间为横坐标的曲线。根据温升随时间变化的曲线，所测热释电红外探测器的响应时间为从稳定温度To到动态平衡温度T时所对应的时间变化量。
[0030]以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种测定热释电红外探测器响应时间的方法，其特征在于，包括以下顺序步骤: 步骤I:建立热释电红外探测器的三维仿真模型； 步骤2:将待测试的热释电红外探测器的参数导入所述的三维仿真模型中； 步骤3:在所述的三维仿真模型上加载环境边界条件，待所述三维仿真模型的温度稳定，定义此时三维仿真模型的稳定温度为To，然后在三维仿真模型上持续加载仿真动态热辐射脉冲使其达到动态平衡温度，定义所述三维仿真模型加载仿真动态热辐射脉冲下的动态平衡温度为T; 步骤4:通过瞬态热传递有限元仿真方法，获得所述的三维仿真模型的温升为纵坐标，时间为横坐标的曲线； 步骤5:根据步骤4中温升随时间变化的曲线，得到所测热释电红外探测器的响应时间为所述三维仿真模型从稳定温度To到动态平衡温度T时所对应的时间变化量。2.根据权利要求1所述的一种测定热释电红外探测器响应时间的方法，其特征在于，所述步骤I中三维仿真模型包括从下至上依次层叠的底层支撑层结构、底金属层、敏感材料层和顶金属吸收层。3.根据权利要求2所述的一种测定热释电红外探测器响应时间的方法，其特征在于，所述步骤3中在三维仿真模型上加载环境边界条件中设定支撑层结构底部温度为27°C。4.根据权利要求3所述的一种测定热释电红外探测器响应时间的方法，其特征在于，所述步骤3中三维仿真模型加载边界条件后至达到稳定温度To所需时间为10毫秒。
【文档编号】G06F17/50GK105930560SQ201610228278
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月13日
【发明人】刘子骥, 梁志清, 马振东, 伍浏权, 王涛, 蒋亚东
【申请人】电子科技大学