紅外熱成像技術介紹.ppt

,紅外熱成像技術介紹,北京波譜華光科技有限公司,目錄,一、企業(yè)介紹 二、技術內容 三、應用領域,中國電子科技集團公司第十一研究所, 1956年建所-是共和國建立的第一個電子元器件 和材料研究所 1958年建立紅外技術研究室 1964年建立激光技術研究室,專業(yè)方向：研制為導彈、核武器、空間技術及常規(guī) 兵器配套的紅外、激光產(chǎn)品。, 1970年全所轉向為激光紅外專業(yè)技術研究所，是 我國最早以軍事應用為目標的光電技術研究所。,中國光學光電子行業(yè)協(xié)會理事長單位 中國電子學會量子學與光電子學分會掛靠單位 總裝備部軍用光電子技術專業(yè)組組長單位 軍用固體激光技術國防科技重點實驗室依托單位 國家固體激光工程技術研究中心依托單位 全國光輻射安全和激光設備標準化技術委員會 主任委員和秘書處單位,中國電子科技集團公司第十一研究所,北京波譜華光科技有限公司,中國電子科技集團公司第十一研究所控股公司 十一所非制冷紅外領域的代表 主要面向軍用配套市場和民品市場，業(yè)務形式以OEM和ODM為主。 成熟的紅外整機和光電系統(tǒng)研發(fā)和生產(chǎn)能力,自然光的分光現(xiàn)象,Sir Isaace Newton, 1660,牛頓通過三棱鏡實驗發(fā)現(xiàn)，自然光可分解不同的色光； 今天我們知道，光的顏色代表了其頻率；,紅外輻射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),Visible,Infrared,Ultraviolet,Sir William Herschel, 1800,赫胥黎的研究： 用溫度計測量不同色光所含的熱量； 結論： 紅光所含熱像最高，紫光最低； 紅光之外還存在更“熱”的光；,紅外輻射是一種電磁波,紅外輻射特性,紅外輻射是一種電磁波，位于可見光的紅光之外直至毫米波段，波長為0.71000um 自然界中一切溫度高于絕對零度（即零下273）的物體均可向外輻射紅外線 紅外輻射以光速傳播（299.793km/s） 紅外輻射不能被人眼感知,紅外目標,自主產(chǎn)生熱輻射太陽、火焰、生物、發(fā)動機、尾焰 吸收熱輻射后釋放大氣、陸地、砂石、金屬 蒙皮效應飛機、汽車輪胎 紅外輻射吸收體水、玻璃,三個大氣窗口,大氣對紅外輻射的傳播具有一定的吸收作用 二氧化碳、水蒸氣、甲烷、氣溶膠 因此在大氣中形成三個可以透過紅外輻射的“窗口”： 短波13um 中波35um 長波814um,各種大氣現(xiàn)象對紅外傳播的散射,瑞利散射粒子半徑遠遠小于紅外波長，由氣體分子引起，影響輕微 彌式散射粒子半徑與紅外波長接近，散射系數(shù)與波長四次方成反比 無選擇性散射粒子半徑遠遠大于紅外波長，散射與波長無關 霧彌式散射，粒子半徑中等，粒子濃度低 云彌式散射，粒子半徑中等，粒子濃度高 霾彌式散射，粒子半徑小，濃度低 雨無選擇性散射,紅外探測器的早期研究,研究主要集中在近紅外 非完全被動，需借助星光 四十年代出現(xiàn)軍用微光夜視儀（美國）,紅外探測器的發(fā)展,第一代：單元器件、多元器件、Sprite器件五十年代 第二代：線列器件六十年代 第三代：焦平面（FPA）七十至八十年代以后 MCT中波、長波 InSb中波 QWIP（GaAs）中波、長波，90年代后出現(xiàn) 微輻射熱計（Microbolometer）長波非制冷 第四代：以超大規(guī)模和多光譜為發(fā)展方向目前正在研究，已有部分成品,紅外探測器,紅外探測器的分類,光子型探測器 吸收紅外輻射后，產(chǎn)生光電效應，即光子激發(fā)成傳導電子而形成電信號；響應時間短，對波長有選擇性；又可分為光導、光伏、光磁電等類型。 熱探測器 吸收紅外輻射后，內部產(chǎn)生溫度的變化，而溫度的變化又引起物理性質的變化；響應時間長，對波長無選擇性；又可分為氣動探測器、測輻射熱計、溫差電偶、和熱電探測器等類型。,光子型探測器,光子探測器是利用了材料的內光電效應，紅外光子直接把材料束縛態(tài)電子激發(fā)成傳導電子，參與導電，實現(xiàn)了光電轉換。電信號大小與吸收的光子數(shù)量成比例。按電信號輸出的不同原理，光子探測器又分為光電導、光伏、光磁電探測器。 光電導探測器是當紅外輻射照射到探測器上之后，引起它的電阻發(fā)生變化，從而可探測出入射輻射的強弱。這種探測器有時也稱為光敏電阻。器件有PbS、PbSe、Ge:Hg、InSb、MCT等。 光伏探測器是利用了半導體p-n結的特性，當它受到紅外輻射的照射以后，載流子(即帶負電的電子和帶正電的空穴)被p-n 結所分開，在p-n 結兩端建立起一個電場，這個電場的大小就表示了入射紅外輻射的強弱。器件如InSb、MCT、TeSnPb、PtSi等。 光磁電探測器由于需要在探測器芯片上要外加磁場，結構復雜，不常使用，器件有InSb、MCT等。 光子探測器為對波長有選擇響應的探測器，如: 13m PbS（硫化鉛） 35m PbSe（硒化鉛） InSb（銻化銦） MCT（碲鎘汞HgCdTe） PtSi(硅化鉑) QWIP（量子阱） 814m G:Hg(鍺摻汞) PbSnTe(碲錫鉛) MCT(碲鎘汞) QWIP(量子阱),熱探測器,傳感器被入射的紅外輻射加熱 溫度變化的測量可由下列方式得到 電阻變化（測輻射熱計） 熱電結（TE傳感器） 熱釋電效應 油膜蒸發(fā)（蒸發(fā)圖案） 半導體吸收邊緣移動 熱彈性效應 液晶色變 氣體壓力改變（高利元件）,非制冷紅外探測器,制冷型紅外的缺陷成本高、壽命短 20世紀70年代末，美、英軍方制定秘密計劃： 發(fā)展非制冷焦平面， 目的是發(fā)展出用戶買得起和用得起的熱成像儀。 ULISUncooled Low-cost Infrared Sensor,非制冷紅外探測器,早期有用熱釋電材料制成的攝像管，并制成了熱電視(紅外電視)。 1992年公布了非制冷焦平面的研制結果。采用的探測器材料主要為兩種，即熱釋電和測輻射熱計。采用熱釋電材料的有:美國TI公司1987年研制出了100100元的BST，NETD 0.5，1990年對交付的第一個成像陣列進行評估，更大的焦平面陣列達到了所希望的0.3的指標，測得NETD為0.08，1993年328 245元的陣列，像元中心距為48.5m。對系統(tǒng)進行測試所獲得的NETD在使用f/1光學時小于0.04 。英國在1988年研制出了100100元的PZT。1991年美國Loral公司研制出了192128元的熱釋電器件，NETD小于0.07。采用測輻射熱計的主要是美國Honeywell公司,該公司在1985年研制的80000元電阻型測輻射熱計的NETD= 0.3。1990年采用氧化釩的336240元陣列制作了第一個便攜式熱像儀，獲得的NETD=39mK (F=1)。此后，無論是熱釋電還是測輻射熱計，320240系列的器件和熱成像出現(xiàn)了很多。九十年代末以來探測器的尺寸減小到了30m左右，出現(xiàn)了640480系列的陣列，產(chǎn)品的NETD達到了50mK以下。目前多家公司已經(jīng)演示了此種熱像儀。前幾年已經(jīng)報道了1024規(guī)格的產(chǎn)品。,非制冷紅外探測器,紅外熱像儀的組成,紅外探測器 驅動電路 制冷機（制冷型具備） 紅外光學鏡頭 外形及其他接口、結構配件,機芯,紅外光學,紅外儀器中的光學元件，如透鏡、轉鼓(棱鏡)、窗口(包括杜瓦瓶的窗口)、濾光片、調制盤等，均需要光學材料。紅外光學材料除一般光學玻璃所具備的光學、物理、化學、熱、機械等性能外，還要求在紅外波段內具有良好的透過率。 常用的紅外光學材料為Ge，少量使用ZnS等,光學鍍膜,紅外光線材料的折射率較高，反射損失大，因而透過率較低，而且反射光線還將引起象質變差。鍍增透膜對于透射式紅外光學元件是必不可少的工藝，它不但提高了光學元件透過率，還對光學材料起到了保護作用，避免了某些材料的潮解等損傷。由圖可以看到，未鍍增透膜的Ge片透過率很低,鍍增透膜可以根據(jù)需要在35微米或814微米的工作波段提高透過率。圖中所示為814微米工作波段的曲線。,不受光照條件影響,可穿透煙、霧,對比技術微光夜視,作用距離很短 成像質量差 受外部光源影響極大，無法避免過曝 不能穿透煙、霧,對比技術紅外LED主動照明,作用距離較短數(shù)十米 壽命問題 專利問題 受外部光源影響極大，無法避免過曝