长春理工大学 硕士研究生学位论文格式

分类号： TN219

密

U D C

： 编 号：

/红外图像转换薄膜的研究

A MEMBRANCE FOR VISIBLE-TO-INFRARED TRANSDUCER

研 究 方 向：光电仿真与模拟技术 申请学位级别：硕 士 指 导 教 师：李 一 教授 研 究 生：刘 天 论文起止时间：2006.11—2007.12

摘

要

针对国内半实物仿真系统对图象转换器的需求，本文设计并制备出一种基于物体吸收能量后温度升高而产生热辐射的原理进行工作的图象转换薄膜。

本文建立了薄膜辐射的物理和数学模型，分析了黑体薄膜时间和空间特性。根据理论分析，提出了用周期性网格结构黑体薄膜提高转换薄膜的空间分辨率的方案，并对其进行了实验研究。

制备出的转换薄膜达到的技术指标为：薄膜尺寸Φ

52 mm，象元尺寸

140⨯140μm，象元间距29μm，受激辐射类型为灰体，时间常数6ms，辐射对比度0.81，动态范围1386。该转换薄膜可以用于红外成象制导半实物仿真实验。

关键词：红外图象生成金黑周期性网格结构薄膜

ABSTRACT

A membrane which can be used in visible-to-infrared transducer to test and evaluate thermal-imaging guidance system is developed .

The membrane is the key element of the transducer. The physical and

mathematical models to describe

the characteristics of the membrane are

established . Its time and spatial characteristics are discussed . On the base of the theoretical analysis , a grid-structure membrane is manufactured to improve the resolution of the transducer .

The targets that the membrane attained are : membrane size Φ52mm,image unit size 140⨯140μm，distance between image unit 29μm,

gray-body ,time constant 6 ms , contrast ratio 0.81 , dynamic range 1386 .The membrane can meet the requirements of the hardware-in-the-loop simulation of thermal-imaging guidance system .

Key words:infrared image generation gold-black grid-structure membrane

目录

摘要

ABSTRACT

目录

第一章绪论 ............................. 错误！未定义书签。1.1引言 .................................. 错误！未定义书签。1.2红外动态图象转换技术的发展状况......... 错误！未定义书签。1.3论文研究目的和内容..................... 错误！未定义书签。

第二章转换薄膜特性参数的理论分析......... 错误！未定义书签。2.1基本原理............................... 错误！未定义书签。2.2均匀薄膜一维弱瞬态热传导方程的建立..... 错误！未定义书签。2.3一维弱瞬态热传导方程的定解问题......... 错误！未定义书签。2.4薄膜表面温度的时间特性与空间特性分析... 错误！未定义书签。2.5周期性网格结构薄膜模型的建立........... 错误！未定义书签。2.6周期性网格结构薄膜二维热传导方程及其解. 错误！未定义书签。2.7周期性网格结构薄膜的时间特性与空间特性分析错误！未定义书签。第三章转换薄膜的制备 .................... 错误！未定义书签。3.1金黑的结构............................. 错误！未定义书签。3.2金黑的制备工艺......................... 错误！未定义书签。

第四章转换薄膜特性的实验研究............. 错误！未定义书签。4.1薄膜吸收特性的测试..................... 错误！未定义书签。4.2薄膜时间特性的实验研究................. 错误！未定义书签。4.3薄膜辐射对比度和动态范围的实验研究..... 错误！未定义书签。4.4薄膜空间特性的实验设计................. 错误！未定义书签。4.5实验结果及讨论......................... 错误！未定义书签。

第五章转换薄膜在红外图像生成系统中的应用. 错误！未定义书签。

结论.................................. 错误！未定义书签。

致谢 (2)

参考文献.................................. 错误！未定义书签。

初始温度均匀分布为

T 0的半无限大物体，在线光源入射的条件下（y 方向受热均匀，没有温度梯度），假设衬底和金黑无限薄（因为衬底厚度为0.05μm ～0.2μm ，金黑的厚度在μm 量级），以至于在厚度方向（z 方向）上可以认为温度分布是均匀的，没有梯度，而且衬底对入射光无吸收[2]。这样，在真空条件下，当薄膜受到光照时，只在x 方向存在热传导，在薄膜两侧有热辐射产生。我们用一维弱瞬态热传导的定解问题来描述这一过程：

t T p dC 40T 4T 2x

T 2kd ∂∂ρ=⎪⎭⎫ ⎝⎛-εσ-∂∂ （2.1）

其中，T 为薄膜温度，T 0为环境温度，k 为薄膜热传导系数，d 为介质的厚度，ρ为介质的密度，C p 为介质定压比热，ε为薄膜前后表面发射率之积，σ为斯特藩——玻尔兹曼常数。

……

将上式代入（2.12）式，得 ()β

+α--β

+α-

β

+α-β+α=

p x e

p t e p pk 0

p x e

p pk 0

p ;x U 0q q （2.14）

其中：α=ρkd

p dC ，

β=εσkd

3

0T 4。 即

()()()

αβ+α-αβ+α

=

p x e

p 1pk 0

p ;x U q

()

()

αβ+α-αβ+-α

-

p x e

p 1p

t e pk 0

0q