[发明专利]基于平板基片的辐射探测器

说明书

技术领域

本发明属于光学辐射度测量领域，涉及一种电替代绝对辐射计，特别涉及一种用于卫星上测量太阳辐射的基于平板基片的辐射探测器。

背景技术

绝对辐射计的测量原理是利用光电等效性，把照射到绝对辐射计上的未知辐射照度的热效应同已知电功率(测定加热电流强度和电压)的热效应进行比较，使加热的电功率等效于接收的辐射功率，用电功率再现的方法标定辐射标度。绝对辐射计的一个主要应用是在航天器上监测太阳总辐照度变化。

目前，绝对辐射计主要是采用双锥腔电替代补偿型，如长春光机所研制的SIARs太阳辐照绝对辐射计，它由一个热沉外壳及其内部两个辐射探测器件构成，该两个辐射探测器件为对称的30°正圆锥腔探测器。其中一个圆锥腔为工作腔，接收光辐射和电功率替代加热；另一个圆锥腔为参考腔，用于补偿热沉温漂的影响。热沉外壳的与工作腔开口相对处设有狭缝和快门。圆锥腔探测器是采用电镀工艺特殊制作的薄壁银圆锥腔，腔口直径为13mm，腔壁内埋入860Ω的康铜电加热丝，圆锥腔内涂有一层辐射吸收材料涂料。两个圆锥腔的开口底套进热电堆环内，热电堆环由呈辐射状排列的180对康铜-铜热电堆构成，热电堆环外端固定在热沉上。这种圆锥腔探测器体积大、热容大，因而圆锥腔与热沉外壳之间热传导慢，辐射计的时间常数长，完成一次测量的时间长(1.5-3min)；加热丝电阻小，引线电阻影响大，影响测量精度；热电堆环灵敏度低，最小可探测功率大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种体积小、热容小、加热丝电阻大、灵敏度高的基于平板基片的辐射探测器。

本发明的基于平板基片的辐射探测器包括衬底，辐射吸收材料，热敏电阻，加热丝；所述的衬底选用高热导率、高绝缘性、低热容的材料；加热丝及热敏电阻分别接触固定于衬底的表面，辐射吸收材料位于加热丝上方，加热丝与辐射吸收材料中间用绝缘层隔离。

当光辐射在辐射吸收材料上时，辐射吸收材料对太阳辐射进行吸收，并将吸收的光能转化为热能。该热能通过加热丝、绝缘层及高热导率、高绝缘性、低热容的衬底传递给热敏电阻，使热敏电阻的阻值发生变化。当没有光辐射在辐射吸收材料上时，在加热丝两端加上一个电压，加热丝开始发热，该热能通过高热导率、高绝缘性、低热容的衬底传递给热敏电阻，使热敏电阻的阻值发生变化。若上述两种情况下热敏电阻阻值的变化量相等，就表明照射到辐射吸收材料上的辐射照度热效应同加热丝上所加电功率的热效应相等，即：加热的电功率等效于接收的光辐射功率，这样就可以用电功率再现的方法标定辐射标度。由于加热丝、辐射吸收材料及热敏电阻都集成于衬底上，因而本发明体积小、热容小，与热沉之间热传导快；加热丝电阻大，引线电阻影响可忽略不计；热敏电阻灵敏度高，可探测的动态范围大。

对如上所述两种情况下热敏电阻的阻值变化量是否相等，可以采用桥式电路来确定。以两个辐射探测器上的热敏电阻作为桥式电路的两个臂，以两个标准精密电阻作为桥式电路的另两个臂。在其中一个辐射探测器上的热敏电阻和一个标准精密电阻之间的节点与另一个辐射探测器上的热敏电阻和另一个标准精密电阻之间的节点之间加有一定的电功率，使电桥达到平衡，电桥输出为零。若光照条件下与加热丝两端加上电压条件下电桥输出相等，则说明热敏电阻阻值的变化量相等，即加热的电功率等效于接收的光辐射功率。

本发明可以作为主辐射探测器和参考辐射探测器，用于卫星上测量太阳辐射的电替代绝对辐射计。工作时以主辐射探测器和参考辐射探测器的热敏电阻分别作为桥式电路的两个臂，以两个标准精密电阻作为桥式电路的另两个臂。在辐射计工作阶段：快门打开，太阳光通过狭缝照射在主辐射探测器上的辐射吸收材料上，辐射吸收材料对太阳辐射进行吸收，使得主辐射探测器温度上升直至与热沉达到热平衡，主辐射探测器上的热敏电阻阻值改变，电桥达到一个新的平衡点，输出为A；参考阶段：关上快门不让太阳辐射到主辐射探测器的辐射吸收材料上，这时刚才建立的热平衡被打破，辐射探测器的温度下降，这时在主辐射探测器上的加热丝上加电压，加热丝开始发热，使得主辐射探测器温度再次上升，直到再次达到热平衡，电桥输出为A；这就表明此时照射到绝对辐射计上的未知辐射照度的热效应同已知电功率的热效应相等，即：加热的电功率等效于接收的光辐射功率，这样就可以用电功率再现的方法标定辐射标度。本发明还可以应用于其它热辐射探测领域。