Сверхпроводящий болометр

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 19.VI1.1968 (№ 1258165/18-10) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет

Опубликовано 17Л!1.1970. Бюллетень № 11

Дата опубликования описания 13Л П1,1970

Кл, 421, 7/50

МПК G OIL

УДК 535.231.62(088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Сосете Министрсе

СССР

Авторы изобретения

В. А. Коноводченко, С. К, Комаревский и И. M Дмитренко

Физико-технический институт низких температур Академии наук

Украинской ССР

Заявитель

СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ БОЛОМЕТР

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в инфракрасной спектроскопии в диапазоне длин волн

0,1 — 1000 мк, в астрономии, навигации, в качестве бесконтактного измерителя температу- 5 ры в ряде областей техники и медицины, а также в качестве абсолютного измерителя малых уровней СВЧ-мощности.

Известный сверхпроводящий болометр содержит чувствительный элемент, выполненный 10 в виде узкой оловянной пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку толщиной 3 — 5 мк, размером 3;(2 мм, подвешенную на нейлоновых нитях, прикрепленных, в свою очередь, к теплоотводящему металлическому бло- 15 ку. Блок находится в контакте с гелиевой ванной; температура которой поддерживается таким образом, чтобы рабочая оловянная пленка находилась в промежуточном состоянии, При этом в пределах свсрхпроходящего пере- 20 хода сопротивление пленки сильно зависит or температуры. Крутизна характеристики превышает 500 ом/град.

Инфракрасное излучение, модулированное частотой 10 гц, падая на болометр, прогревает 25 его, вызывая повышение сопротивления. Изменение сопротивления, пропорциональное падающей мощности, регистрируется измерительной схемой. Ввиду малой теплопроводности нейлоновых нитей и нанесенного на них 30 тонкого проводящего слоя, температуру вдоль оловянной пленки можно считать постоянной.

Поэтому такой болометр называется изотермическим.

Ч вствительность описанного болометра г= 10- в/вт. минимальная обнаруживаемая мощность W„, =10 — 12 вт/ги, при постоянной времени т=-10 мсек приемного элемента.

Однако сравнительно большая теплоемкость нитей, лака и проводящего свинцового слоя в сочетании с весьма малой их теплопроводностью при гелиевых температурах не позволяет получить приемный элемент с достаточно малой постоянной времени т, допускающей применение частоты модуляции, пригодной для непосредственного усиления сигнала. Прибор с большой постоянной времени непригоден для регистрации быстро протекающих процессов. Сложность изготовления и особенности конструкции приемного элемента не позволяют получать идентичные болометры с воспроизводимыми и стабильными во времени характеристиками. Ппиемный элемент весьма чувствителен к вибрациям, непрочен и недолговечен из- быстрого окисления свинцового слоя и усадки лака. Изотермический болометр ну>кдастся в очень точном поддержании температуры (до + 10 . К), что весьма усложняет схему электронного устройства, применяемого с болометром.

266272

С целью повышения чувствительности, уменьшения постоянной времени приемного элемента, упрощения конструкции, повышения надежности, стабильности и воспроизводимости приемных элементов, чувствительный элемент предлагаемого сверхпроводящего болометра закреплен непосредственно своими концами на теплоотводящем блоке, связанном с гелиевой ванной токоподводящими проводами, проходящими через платиновые гермовводы.

Подающее излучение, изменяя тепловой баланс, увеличивает длину нормальной области, увеличивая этим сопротивление болометра.

На фиг. 1 изображена конструкция приемного элемента предлагаемого болометра; на фиг. 2 — то же, в вакуумированном контейнере.

Приемный элемент состоит из разрезного медного теплоотводящего блока 1, части которого изолированы друг от друга электрически и скреплены слоем 2 полимеризованного клея

Б Ф-4.

На ферхнем торце блока имеется выточка диаметром б мм, глубиной 3 мм. К верхнему торцу блока перпендикулярно плоскости разреза припаивается индием стеклянная или кварцевая пленочная подложка 8 толщиной

2 — 3 мк, размером 0,3х10 мм. Слой индия 4 наносится горячим паяльником карандашного типа на концы подложки и торцовую по.верхность блока таким образом, что он образует электрический и тепловой контакт между каждой из половин блока и рабочей оловянной пленкой б, нанесенной на подложку испарением в вакууме. Толщина пленки 600—

700 А. Пленка сконденсирована на подложку без трафарета и полностью покрывает ее поверхность.

Так как подложка в результате специально разработанной технологии ее изготовления имеет совершенно равные, гладкие края, пленка не имеет краевых неоднородностей и размытия. Поэтому промежуточное состояние таких пленок лежит в узком интервале темЫЯ ператур ЬТ<0,05 .К, а крутизна перехода— может превышать 1000 ом/град.

Для обеспечения надежного электрического контакта поверх участков пленки, примыкающих к индиевым контактам, и поверх сао мих контактов напыляется толстая (2000 А) пленка свинца б, а поверх нее для защиты от окисления — пленка олова 7 толщиной

600 †: 800 A.

Обе половинки блока снабжены контактными «усиками» 8, к которым припаиваются провода, соединяющие приемный элемент с измерительной схемой.

Приемный элемент крепится с помощью теплоизолирующей фторопластовой прокладки 9 к столику 10 двумя винтами, проходящими через изолирующие втулки. Столик припаивается легкоплавким припоем к ножке 11, 5 ю

25 зо

4 образующей одно целое с дном 12 вакуумированного контейнера 18, помещаемого в гелиевую ванну.

Подвод питания и соединение с измерительной схемой осуществляется через терые платиновых гермоввода 14 (два спаренных), к которым припаяны медные провода, выведенные из криостата наружу через гелиевую ванну.

Токовводы являются одновременно эффективным теплостоком болометра, теплопроводность которого легко подбирается изменением длины или сечения проводов 15, - идущих от приемного элемента к платиновым вводам.

Гермоввод 14 представляет собой штампованный из платиновой фольги толщиной 30—

50 мк колпачок 1б с отверстием, в которое впаяна капля стекла 17 марки Ко 23 с заранее впаянными в него двумя платиновыми проволочками 18ф 0,3 мм, Контейнер 18 выполнен из тонкостенной трубы из нержавеющей стали с медным дном 12 и латунной верхней крышкой 19, представляющей собой одно целое с фокусирующим конусом 20. Дно и крышка соединены с корпусом контейнера 18 твердым серебряным припоем.

Корпус имеет разъем, состоящий из двух медных колец 21 и 22, снабженных треугольным зубом (верхнее) и соответствующим пазом (нижнее). Паз перед сборкой заливается легкоплавким припоем, а после соединения шва дополнительно пропаивается снаружи.

Применяемые гермовводы и уплотнения позволяют получать в контейнере стабильный вакуум лучше 1 ° 10 6 мм рт. ст. в течение всего времени работы устройства в жидком гелии.

Работает устройство следующим образом.

В отсутствие сигнала температура ванны поддерживается с помощью откачной системы и маностата так, чтобы температура концов пленки болометра, примыкающих к блоку 1, была несколько нижне критической. При этом середина пленки остается в «нормальном» состоянии, поддерживаемом протекающим через болометр постоянным током 200 — 500 мка.

Регистрируемый поток ИК-излучения, промодулированный частотой 200 — 800 га, проходит через световод 28, фокусирующий конус

20, холодный фильтр 24 и попадает на центральный участок пленки приемного элемента, увеличивая ее сопротивление пропорционально падающей мощности. Усиление возникающего при этом сигнала производится непосредственно на частоте модуляции потока излучения, которая может быть изменена в пределах 11 га 2 кгц без заметного уменьшения вольт-ваттной чувствительности болометра.

Предмет изобретения

Сверхпроводящий болометр, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде узкой оловянной пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку, закрепленную на теплоотводящем блоке, состоящем из двух электрически изолированных друг от друга

266272

Фиг 1 частей, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, уменьшения постояннои времени и снижения собственных шумов, чувствительный элемент закреплен непосредственно своими концами на теплоотводящем блоке, связанном с гелисвой ванной токоподводящими проводами, проходящими черсз г.латиновые гермовводы.

Составитель В. С. Агапова

Редактор М. Д. Афанасьева Техред Л. В. Куклина Корректор Т. Лаврухина

Заказ 2163/4 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2