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            紅外成像技術及產品概述
            來源: | 作者:博視智動 | 發布時間: 2574天前 | 5196 次瀏覽 | 分享到:


            一、紅外成像技術的概念及其發展

                    人類的眼睛只對波長為400-700nm的可見光敏感,黑夜因缺少這種可見光而成為歷來軍事行動的重要屏障,是歷來軍事行動的最佳發動時段。也是技術是“客服黑暗、控制黑夜”的利器。紅外熱成像技術一種接收目標景物自身熱輻射的被動成像技術,無論白天黑夜,都可以獲得景物熱圖像。紅外成像技術作為一種最主要的夜視技術,首先在軍事行動中得到了廣泛的應用,繼而也逐漸在工業、科研等應用中得到廣泛推廣。

                   地球上所有物體都輻射紅外線,特別是運動目標,都要消耗能源,是一種溫度較高的熱輻射體,他們在0.8-14um波長范圍內有比較強的輻射。

                   在0.8-14um這個波長范圍,劃分為三個大氣窗口,1~3um、3~5um和8~12um。在這三個波段范圍內,大氣對輻射有很好的傳輸特性,而在這些波段之間,大氣對紅外輻射幾乎是不透明的。一般來說,1~3um主要用在高溫目標和天文探測方面,近期也用在夜視觀測。8~14um大氣窗口適用于觀察地面目標,而3~5um窗口適合在高溫高濕地區,探測較遠的空中目標。

                   紅外技術的起源可以追溯到200年前的英國天文學家赫謝爾紅外線的發現,直到二戰末期,紅外技術才開始走向實際應用。紅外成像技術的發展以紅外探測器的發展為主要標志,到目前為止,紅外成像技術經歷了三個階段的發展:

                    第一階段:采用光機掃描成像方式,紅外探測器的元數在200元內或者采用SPRITE器件;

                    第二階段:采用較大規模的焦平面器件,像元數一般在320*256、288*4等量級;

                    第三階段:采用焦平面探測器的像元在640*480、1K*1K規模,探測器具有高速、高分辨、雙波段復合等特點;

                    第四階段:未來紅外成像將會采用SOC傳感器,器件本身帶有多種信號處理功能,具有可變分辨率和可變響應波段等功能。


            二、紅外成像探測器的特性參數

                    紅外探測器是紅外成像系統中最為重要的組成部分,探測器的性能直接決定了紅外成像系統優劣。紅外探測器的性能主要由如下幾個關鍵參數決定:

                    1)響應率

            探測器在單位入射光功率作用下輸出的信號電壓(電流)稱為響應率;

                    2)光譜響應

                   探測器在單位光功率的單色光照射下所得到的輸出電壓、電流側位探測器的單色光譜響應率,他們隨波長的變化稱為探測器的光譜響應。

                    3)噪聲等效溫差

            當探測器輸出信號電壓的有效值等于噪聲均方根電壓時,所能探測的溫度差,稱為探測器的噪聲等效溫差。

                    4)探測器的響應時間

            在階躍輸入光功率的條件下,探測器輸出電流達到輸出穩態值的63%所用的時間稱為探測器的響應時間。

                    5)其他參數

                    除上述參數外,還有一些參數也直接影響探測器的性能和使用。如探測器工作溫度、均勻性和盲元率。


            三、紅外成像探測器的分類及特性

                    紅外輻射對物體的各種效應都可以用來制造紅外探測器,但真正有實用價值的探測器主要是熱探測器和光子探測器兩大類。

                    熱探測器在接收紅外輻射后,溫度升高而產生電信號。它經過升溫的中間過程,因此響應時間都比較長。另一方面,由于是加熱過程,熱探測器對入射輻射的各種波長基本上都有相同的響應率,因此也稱為“無選擇性紅外探測器”。其探測率通常比光子探測器低。響應時間一般為毫秒量級。熱探測器可分為測輻射熱計、溫差電偶、氣動探測器和熱電探測器。

                    光子探測器在接收到入射紅外輻射后,入射光子與材料發生光電效應,產生自由載流子并由電路讀出,這個過程要比加熱物體快得多。因此光子探測器的響應時間比熱探測器短得多,一般為微妙量級。光子探測器只能對某一波段響應,其光譜響應曲線都有一個長波限,因此這種探測器通常也稱為“選擇性探測器”。

                    最長用的紅外光子探測是利用內光子效應,這類探測器按其原理可分為光電導探測器、光伏探測器、光電磁探測器和量子阱探測器;按響應波長可以分為近紅外(0.7~1.0um)探測器、短波紅外(1~3um)探測器、中波紅外(3~5um)探測器、長波紅外(8~14)探測器、甚長波紅外(14~30um)探測器和遠紅外(30~1000um)探測器。

                    目前性能較好的實用型面陣紅外探測器主要產品如下:

                    短波紅外:InGaAs光伏探測器、MCT光伏探測器;

                    中波紅外:MCT光伏探測器、InSb光伏探測器、GaAs/GaInAs量子型探測器

                    長波紅外:MCT光伏探測器、GaAs/GaInAs量子型探測器、VOx、非晶硅微測輻射熱計陣列。


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