MEMS热电堆高温测试系统中单晶材料的红外衰减特性研究

　　一、引言

　　温度在科研和生活中是一个常见的物理量，影响着科研和生活中的各个方面，所以温度测量在各种科学领域中占有非常重要的地位，快速﹑准确测温技术尤其重要。但是在实际工程中，有许多研究对象需要测量的是瞬态高温，由于作用时间很短，难以用传统的热电偶来进行测量。非接触式测温以快速、精确的特点在现代工程应用中显现出独有的优势。在此基础上，探索一种新型的非接触式高温测量系统，对于瞬态表面高温测试具有十分重要的理论价值和工程应用价值。

　　本文以 PerkinElmer 公司的 A2TPMI334L5.5 OAA300 热电堆为基础，探索 MEMS 热电堆传感器用于瞬态高温(测温上限 1500℃)测试的新方法，研究实现瞬态高温测试的技术方案及实现手段(包括建立模型和衰减材料衰减规律研究)，可以有效弥补利用传统接触式热电偶进行瞬态高温测量中存在的问题，重点对该系统中最重要的部分-红外单晶材料衰减特性进行了深入研究。

　　二、MEMS 热电堆传感器

　　作为最古老的传感器之一，热电偶/热电堆的发展经历了两个世纪。随着微电子技术，大规模集成电路的蓬勃发展，提出了微电子机械系统(MEMS)的概念，进而发展了微机械热电堆传感器。

　　通过微机械热电堆来感应由于物理的或化学的量导致的与热交换、温度等有关的热变化，可以制成许多传感器：均方根转换器、气体流量计、真空计、红外传感器[1-2]等。在基于微机械热电堆的各种传感器中，红外传感器是最具有吸引力的，因为它是一种完全勿需加偏置的传感器，不管是在红外辐射到热的转换过程，还是热电堆的感应过程，信号都是自激发生的。在热结区，由红外吸收层吸收红外辐射并转化为热，引起热电堆两端的温差，使有温差电动势产生，这个输出电势差与吸收的红外辐射成正比。因此，微机械热电堆可以用来作为红外辐射传感器。

　　三、A2TPMI334L5.5 OAA300 热电堆的静、动态性能标定

　　传感器的标定与校准是传感器技术发展的重要环节，如果没有精确地检测、标定手段，就无法获得传感器的静态特性和动态特性，也就不可能精确地进行量值的测量，因此，任何一种传感器在制造装配后都必须经过标定，建立其输入量与输出量之间的关系和确定其基本性能，否则它只是一种重复性良好的装置[3]。

　　本系统中的静态标定是为了确定温度与红外热电堆传感器输出电压之间的对应关系，由于被校温度传感器A2TPMI334L5.5 OAA300测温范围为-20～300℃，实验中选用以色列CI公司SR20-32中温黑体炉做标准器进行静态标定，以实现对其静态标定的溯源。静态标定装置如图1所示。