非制冷红外焦平面热成像测温系统
在红外热成像技术研究领域中,红外探测器是核心,探测器的技术水平决定了热成像技术的技术水平。基于光电效应的光子探测器和基于热电效应的热电探测器一直是红外热成像技术的两大支柱。为获得高性能必须在低温(典型的是液氮温度77K)下工作。正是由于需要制冷以及成本等原因,使光电探测器类热成像技术在民用领域仍难形成很大的市场。而热电探测器类热成像技术由于灵敏度和响应速度方面的限制,只有采用热电摄像管的热成像系统(即热电视)获得一些应用,而且一般用于要求较低的民用领域。
但90年代以后,非致冷红外焦平面技术的突破和实用化,使其与致冷红外热像技术相比所具有的低成本,低功耗,长寿命,小型化和可靠性等优势得到很好发挥,成为当前红外热成像技术中最引人注目的突破之一,在军用和民用领域的应用前景将“使传感器领域发生变革”。
非致冷红外焦平面技术属于热电探测器类热成像技术。
其焦平面阵列由热探测器,如测辐射热计、热释电探测器、热电堆等,与硅多路传输器,如CCD、MOSf:EF、C协05读出电路等,通常用锢柱互连而成。
测辐射热计的工作原理是被热绝缘的金属薄膜(典型的是入膜)或半异体薄膜(典型的是氧化钒VOZ或非晶硅a一Si薄膜或多晶硅)在吸收红外辐射时会引起其电阻值的变化实现光电变换。此类探测器可全部采用Si集成电路工艺制作,与51信号处理电路之间可形成单片式结构,不需要低温制冷装置,不需要特殊材料,不需要斩波,制作工艺也成熟。以它为核心制成的红外热成像系统成像清晰度高、重量轻、功耗低、易便携,适于野外工作场所。
热释电探测器的工作原理是由具有良好热释电特性的铁电材料,如错酸铅(PZT)陶瓷、PbTIO,陶瓷、PbTIO:,薄膜和LITao,晶体制成的热探测器与51多路传输器互连而成。其中,LITaO,特性格外好,它不仅有大的热释电系数(p二2.3x1osC/cm),还有小的介电常数(£,=54)和高的居里温度(兀二618’’C)。以它为核心制成的红外热像系统灵敏度较高,且适合于红外成像。
本系统结合红外测温技术和非致冷焦平面热成像技术原理,开发并完成了一套非致冷红外焦平面热成像测温系统。
系统建立了非致冷红外焦平面热成像系统测温计算的数学模型;对计算中可能产生的各种误差进行了分析和计算;对系统成像的非均匀性进行了分析和校正;提出了精确测量发射率的新算法;结合热成像的原理对红外热图像的特征进行了分析,对红外热像进行了新型直方图均衡和伪彩色增强等处理。
在降低了成本的同时,保证了精度。
——杰创立红外成像仪