Altasim使用仿真来提高钢计灵敏度

煤层计具有检测和测量入射电磁辐射的功率的能力。这使它们可以用于一系列技术，从夜视摄像机到深远的天文学项目。设计侧力通常需要将大量的时间和能量用于开发阶段，因为这些设备必须优化以敏感并为其特定应用定制。为了提高灵敏度的有效设计强仪，Altasim Technologies利用了COMSOL多物理学的模拟功能。

简要介绍侧力

该钢计最初是由美国天文学家塞缪尔·兰利（Samuel P.煤层计由一条导电材料（导电吸收器）组成，该材料与设备的其余部分热绝缘，并安装在介电材料上，后者充当散热器和电绝缘体。

当润压力暴露于入射电磁辐射时，与设备的其余部分相比，吸收器的温度升高。随着该温度的发生变化，吸收器的电导率降低，从而改变了偏置电流的流动。电压表检测到这种电压的变化，并且由于变化与入射电磁辐射的量有关，因此该设备可以用作传感器。

BOLOMETER几何形状的示意图，该几何形状显示了设备的运行方式。J. Thomas，J.S。的图像克伦普顿和K.C.Koppenhoefer并从他们的乐动滚球app下载comsol会议论文提交。

施加仪的许多应用

近年来，施加仪的使用已扩展到夜视摄像机和天文学以及粒子和核物理学。例如，NASA使用过渡边缘传感器（TES）侧强度计感觉到光子被吸收并转化为热时温度发生的微小变化。这些设备有助于为天体物理学项目生成详细的地图，以说明宇宙微波背景的极化。

一个横梁阵列。图像由GENI。获得许可CC BY-SA 4.0， 通过Wikimedia Commons。

Herschel空间观测站的研究人员也在利用侧力。他们的应用与研究遥远的星系和恒星形成的开始阶段有关。这样做涉及使用称为光谱和光度成像接收器（SPIRE），由五个固定仪组成。在这种情况下，凸电计是理想的，因为它们在任何直接检测器的远红外至毫米范围内具有最高灵敏度。

借助其应用程序范围，需要对不同用途进行定制螺旋计设计，同时优化其整体敏感性（一个关键设计参数）。在测量设计质量方面，验证仪能够检测到小于0.0001°C的温度变化是有利的。

Altasim Technologies认识到改进润仪设计的重要性。在comsol多物理学的帮助下，他们研究了不同设计参数对重计灵敏度的影响和入射电磁辐射的检测水平。让我们看看他们的发现...

多物理学建模有助于优化螺旋计设计

对于他们的研究，研究人员指出，钢计功能与三个主要物理现象相关：

• 设备实心部位内的传热
• 电流保护
• 通过环境环境的辐射

为了分析此类现象，该团队使用多物理学建模与电流进行双向循环，同时解决这两个元素。解决此耦合的电气和热问题涉及使用隔离求解器方法，使用迭代线性系统求解器用于当前的取代，而直接求解器则用于热取代的直接求解器。

至于辐射，通过传热模块中可用的太阳能源位置功能来测试逼真的阳光条件。研究人员进一步应用了100 W/m的均匀正常加热学期²作为平滑的坡道功能，从0到100 w/m²超过0.1 s。这在下面的图中说明了这一点。该模型在底部边界处的固定工作温度为25 K，对流的热通量应用于所有其他边界，以模拟横梁内部冷却空气引起的小冷却效果。

图显示辐射加热随时间的函数。J. Thomas，J.S。的图像克伦普顿和K.C.Koppenhoefer并从他们的乐动滚球app下载comsol会议演讲。

分析钢计灵敏度

现在，让我们将注意力转向敏感性研究。虽然有多种因素影响润肤仪的灵敏度（条间距，带状纵横比，材料和工作温度），但这里的重点是评估特定设计参数的影响。

在他们的研究中，研究人员选择对具有温度依赖性材料特性的铜材料吸收带进行建模。为什么要铜？作为具有强大导电性温度的吸收材料，铜使团队能够在所选温度范围内达到最大的灵敏度，即10-50 K（低温温度）。

图显示了电导率与T的函数。在这里，我们可以看到铜材料最敏感的温度范围。J. Thomas，J.S。的图像克伦普顿和K.C.Koppenhoefer并从他们的乐动滚球app下载comsol会议论文提交。

感兴趣的一个点是接触条的尺寸。对于此分析，团队在设计模块中利用了阁楼功能来自动参数化参数。他们还使用comsol多物理学中的默认物理控制网格生成了免费的四面体网格。

左：条间距的参数化。右：四面体网。J. Thomas，J.S。的图像克伦普顿和K.C.Koppenhoefer并从他们的乐动滚球app下载comsol会议论文提交。

模拟分析生成的结果是在0.2 s处入射辐射引起的温度，电流流量和电压。灵敏度，代表s在这项研究中，定义为电压的变化除以吸收的入射光瓦数量。

温度（左），电流（中间）以及在0.2 s处入射辐射（右）引起的电压变化。J. Thomas，J.S。的图像克伦普顿和K.C.Koppenhoefer并从他们的乐动滚球app下载comsol会议论文提交。

为了判断带间距如何影响灵敏度，研究人员对不同的带间距值进行了参数扫描。为了说明蛇纹石长度不同配置的电压下降变化，通过初始电压下降将灵敏度标准化。如下图所示，增加了安装板和蛇纹石吸收器之间的空间，从而提高了重测的灵敏度。这些结果为Altasim的团队提供了有价值的信息，使他们能够在创建敏感的重测设计方面向前迈进，该设计可以更准确地检测和测量入射电磁辐射的功能。

图表突出了条间距对钢计灵敏度的影响。J. Thomas，J.S。的图像克伦普顿和K.C.Koppenhoefer并从他们的乐动滚球app下载comsol会议论文提交。

仿真有助于推进重测的研究和设计

此处介绍的仿真研究可用于创建针对特定应用的定制重测设计，并确定其他方法以最大程度地提高设备灵敏度。对于Altasim的研究团队，计算模型可以进一步作为检查影响设备灵敏度的其他设计参数的基础。例如，他们可以研究专门设计的材料，以便在室温下对电导率敏感。团队模拟研究中的进一步关注点包括分析蛇纹石几何形状，带状材料的选择和偏置电流幅度。

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