Page 4 - Наноэлектромеханический преобразователь с автоэлектронной эмиссией — новый приемник длинноволнового оптического излучения

ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Приборостроение». 2012 52
Таким образом, изменение температуры ЧЭ НТЭМП, обуслов-
ленное падающим тепловым излучением, приводит к механическому
перемещению ЧЭ (см. рис. 1, б, в ), причем
z1 = d – z, при T > T0;
z2 = d + z, при T < T0,
где z — изменение зазора d между биметаллической пластиной и
подложкой, обусловленное изменением температуры; z1, z2 — зазоры
при температуре Т1 и Т2 соответственно.
С точки зрения механики данная задача — задача термоупругос-
ти [3]. Параметром нагрузки в этом случае является температура, вы-
зывающая температурные деформации:
εt = αT,
где — температурный коэффициент линейного расширения
(ТКЛР); T — температура.
В связи с необходимостью получения максимальной чувстви-
тельности разрабатываемого ЧЭ, используется конструкция много-
слойной пластинки или многослойной балки. При нагреве много-
слойной пластинки, состоящей из нескольких материалов с разными
ТКЛР, слои подвергаются разным температурным деформациям. Та-
ким образом, задача становится внутренне статически неопредели-
мой, и на основе принципа совместности деформаций можно опреде-
лить возникающие внутренние силовые факторы (изгибающие мо-
менты). Дополнительный изгиб может возникать за счет наличия
градиента температуры при неравномерном нагреве ЧЭ, так как в
этом случае каждый элементарный объем пластины будет иметь раз-
ные деформации. Для определения оптимальных параметров ЧЭ пре-
образователя рассмотрим аналитическое решение задачи о темпера-
турном нагружении биметаллической пластины с упрощенной гео-
метрией на основе методов строительной механики [4].
Для обеспечения большей чувствительности разность ТКЛР ма-
териалов должна быть большой, но в то же время для получения ли-
нейной характеристики желательно, чтобы ТКЛР имели одинаковую
зависимость от температуры. Материал слоев должен обладать высо-
ким пределом упругости для исключения возникновения остаточных
напряжений при работе. При этом требуется высокая пластичность
материала, позволяющая изготавливать достаточно тонкие биметал-
лические слои.
Схема включения ЧЭ НТЭМП приведена на рис. 2. Напряжение
питания U ЧЭ подается через нагрузочный резистор на пластину би-
металлического преобразователя 1. Катод 2 ЧЭ НТЭМП заземлен.
В этом случае выходное напряжение ЧЭ в первом приближении
будет иметь вид