非制冷紅外熱像儀的發(fā)展狀況

1、非制冷紅外熱像儀的發(fā)展狀況1 概況 自上世紀90年代，非制冷凝視型紅外熱像儀迅速進入應用市場。這種熱像儀與制冷型凝視紅外熱像儀相比，雖然在溫度分辨率等靈敏度方面還有很大差距，但具有一些突出的優(yōu)點：不需制冷，成本低、功耗小、重量輕、小型化、啟動快、使用方便、靈活、消費比高。 至今，非制冷紅外焦平面陣列(FPA)技術已由小規(guī)模發(fā)展到中、大規(guī)模320×320和640×480陣列，在未來的幾年內有望獲得超大規(guī)模的1024×1024非制冷焦平面陣列（FPA）。像素尺寸也由50m減小到25m，使焦平面靈敏度進一步提高。這種非制冷紅外成像系統(tǒng)在軍用和民用領域應用越來越廣泛，部分

2、型號產品已裝備部隊，尤其在輕武器（槍械）瞄準具、駕駛員視力增強器、單兵頭盔式觀瞄、手持式（便攜）熱像儀等輕武器，以及部分導彈的紅外成像末制導等方面，非致冷熱像儀在近年內有望部分取代價格高、可*性差、體積大而又笨重的制冷型熱成像系統(tǒng)。 2 現(xiàn)狀 1978年美國Texas Instruments在世界上首次研制成功第一個非制冷紅外熱像儀系統(tǒng)，主要紅外材料為-Si（非晶硅）與BST(鈦酸鍶鋇)。1983年美國Honeywell開始研制室溫下的熱探測器，使用了硅微型機械加工技術，使熱隔離性提高，成本降低。1990-1994年美國很多公司從Honeywell獲技術轉讓，使以VOx（氧化釩）為探測材料的非

3、制冷探測器得到了迅速廣泛發(fā)展。VOx材料具有較高的熱電阻系數(shù)，目前世界上性能最好的非制冷探測器就是采用VOx材料制備的，主要采用814m波段320×240和160×120元的非制冷FPA器件，其結構按部件功能模塊化（諸如，光學模塊、FPA組件模塊、信號讀出處理電路模塊和顯示模塊）。目前市場上有熱像儀整機產品，也有各種功能模塊單獨出售，供用戶選用。 3 國外主要幾家公司研制生產狀況 目前，國際上美國、法國、英國和日本的非制冷紅外探測器研制生產水平居世界領先水平。英國的公司主要是BAE公司，正在研制生產PST-鋯鈦酸鉛和BST-鈦酸鍶鋇混合結構的熱釋電型陶瓷探測器，單元式結構的

4、正在研制。 日本的主要有三菱公司，正在研發(fā)的主要有Si P/N結型和YBaCuO電阻型熱探測器兩種，規(guī)格均為320×240，像元素尺寸均為40m，在f/1條件下，Si P/N結型FPA的NETD（噪聲等效溫差）優(yōu)于120mK，YBaCuO電阻型FPA的NETD優(yōu)于80mK。日本電氣公司主要從事VOx電阻型探測器研究，最新報道320×240 FPA像素尺寸為37m，熱響應時間為12ms，填充因子為72%，其熱像儀的NETD為100mK（f/1,60Hz）。 美陸軍在“未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)”使用和部署三種第三代熱像儀：第一種是采用制冷型探測器，具有較大的焦平面陣列（1024×

5、1024或2048×2048），擴大目標探測器范圍和提高靈敏度，并能在中波和長波波段工作，采用多光譜紅外探測器，兼?zhèn)湓诶浔尘爸凶R別目標和穿透煙霧的能力。這種熱像儀將裝備那些將來優(yōu)先發(fā)展的作戰(zhàn)平臺，如計劃于2008年開始生產，將用于代替現(xiàn)役“艾布拉姆斯”坦克、“布雷德利”步戰(zhàn)車的陸軍“未來戰(zhàn)車系統(tǒng)”。 第二種是非制冷型第二代高性能單色探測器，凝視型FPA（1024×1024），可裝備美陸軍未來的無人駕駛車輛；第三種是非制冷、體積小、成本低的多光譜、凝視型FPA的探測器，用于微型無人駕駛車輛或未來的偵察監(jiān)視器材，還將代替現(xiàn)役夜視頭盔的微光增強管。美陸軍的“未來”宇宙戰(zhàn)士傳感器將

6、應用這種具有全天候觀測功能的輕型熱像儀。表1部份國外典型非制冷紅外探測器性能 混合結構型BST鐵電型探測器 Raytheon公司W1000系列 用于輕型武器熱瞄具（LTWS）、駕駛員視力增強器（DVE）、手持式熱像儀和車載式駕駛儀，重1.7kg，探測距離550米，截至2003年9月該公司已交付美陸軍10000個，其中用于LTWS裝備的Specter IR是320×240 FPA BST, 已裝備M16、M4、M203和M136等，其探測和識別(人)距離為200米。 薄膜鐵電型探測器（TFFE） 正處于研發(fā)階段：320×240、像素尺寸為48.5m，NETD為90170mk,

7、 填充因子55%. VOx（氧化釩）電阻型探測器 DRS公司U3000/U4000型（美） 這種非制冷微測輻射熱計紅外探測器，用于武器觀瞄，已裝備美陸軍。320×240元FPA像素尺寸為51m，波長812m，NETD（U3000）為6475mk，重量為1.36kg。 DRS公司LTC650TM 1999年制成，640×480 FPA，像素尺寸為28m，NETD <0.1重量為2.4kg。 DRS公司U6000型（美） 2001年制成，640×480 FPA，像素尺寸為25.4m，2002年5月對其熱像儀進行了演示。 Raytheon公司（美） 2000年制成

8、，640×480 FPA，像素尺寸為25m，熱響應時間10ms，NETD為35mK（平均），填充因子>70%。 -Si(非晶硅)電阻性探測器 Raytheon公司（美） 目前已批量生產，國際市場銷售，主要用于商業(yè)和民用。 160×120 FPA，像素尺寸為46.8m， NETD< 100mK。 Sofradir(法) UL01011型（2001年）和UL01021E型（2002年） LET1/GEA公司（法）自1992年開始從事-Si微測輻射熱計研究,打破了美國在這方面的壟斷。2000年Sofradir的子公司ULIS公司購買LET1/CEA的技術轉讓。 320

9、×240 FPA，像素尺寸為45m，填充因子>80%，NETD分別為90mk和100mk，UL01021E型內裝恒溫裝置。 2003年報道正在研發(fā)產品：(1) 320×240 FPA，像素尺寸為35m，NETD為36mk（50Hz, f/1），熱響應時間為12ms，熱阻抗為4.2×107k/W；(2) 25m像素，320×240 FPA面陣NETD值為35m像素320×240 FPA面陣的2.2倍，個別產品達到與35m相同的性能。 4 國內主要幾家公司研制生產狀況 1995年，中科院長春光學精密機械研究所采用微機械加工技術研制成低成本線列

10、32元、128元硅微測熱輻射計陣列，NETD為300mK，存儲時間為1ms。 2000年12月，中科院上海技術物理研究所采用新工藝制成的鈦酸鍶鋇鐵電薄膜材料性能通過鑒定達到國際領先水平，與美國TI公司演示的第一代非制冷探測器所用材料相同。 我國在非制冷紅外熱像儀方面的研發(fā)集中在部分高等院校和研究所。從事經營非制冷紅外熱像儀的公司大部分只停留在一些外圍設備和開發(fā)軟件的業(yè)務上，最核心的機芯部分均系國外進口。 表2部分國產非制冷紅外熱像儀產品性能 產品名稱 型號 工作波長 m 視場 /0 空間分辨率/mrad 溫度分辨率/k 幀頻 /Hz 工作環(huán)境溫度 /oC 重量 /kg 研制生產單位 非制冷&#

11、160;     熱像儀 TR510 814 8×6 0.5 1 -40+50 <1.8 *武漢高德有限公司 IR512 814 9×6.8 0.6 0.1 -40+50 <1.8 非制冷紅外焦平面熱像儀 IR928 814 1 0.06 50 1.2 非制冷紅外熱像儀 DL-700B 814 20.5× 15.4 1.3 0.0830oC -20+60 <2.0 浙江大立科技有限公司 非制冷紅外熱像儀 DL-700C 814 20.5X 15.4 1.3 50 -20+60 <2.0 非制冷紅外熱像儀 DL-700A 814 18.4X 13.8 1 0.1oC 30oC 50 -10+40 1.3 非制冷紅外熱像儀 Sat SAT-S160 814 20X15 0.1 -20+50 <0.7 廣州颯特電力紅外技術有限公司 SAT-HY6800 1.3 (24O鏡頭) ±2 (NETD:0.08OC,30OC時) 50/60 1.75 固定式紅外熱像儀 HY192F（160×  120 FPA） 714 <