紅外熱成像技術(shù)介紹.ppt

,紅外熱成像技術(shù)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(shù)內(nèi)容 三、應(yīng)用領(lǐng)域,中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十一研究所, 1956年建所-是共和國(guó)建立的第一個(gè)電子元器件 和材料研究所 1958年建立紅外技術(shù)研究室 1964年建立激光技術(shù)研究室,專(zhuān)業(yè)方向：研制為導(dǎo)彈、核武器、空間技術(shù)及常規(guī) 兵器配套的紅外、激光產(chǎn)品。, 1970年全所轉(zhuǎn)向?yàn)榧す饧t外專(zhuān)業(yè)技術(shù)研究所，是 我國(guó)最早以軍事應(yīng)用為目標(biāo)的光電技術(shù)研究所。,中國(guó)光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會(huì)理事長(zhǎng)單位 中國(guó)電子學(xué)會(huì)量子學(xué)與光電子學(xué)分會(huì)掛靠單位 總裝備部軍用光電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)組組長(zhǎng)單位 軍用固體激光技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室依托單位 國(guó)家固體激光工程技術(shù)研究中心依托單位 全國(guó)光輻射安全和激光設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì) 主任委員和秘書(shū)處單位,中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十一研究所,北京波譜華光科技有限公司,中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十一研究所控股公司 十一所非制冷紅外領(lǐng)域的代表 主要面向軍用配套市場(chǎng)和民品市場(chǎng)，業(yè)務(wù)形式以O(shè)EM和ODM為主。 成熟的紅外整機(jī)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(guò)三棱鏡實(shí)驗(yàn)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(jì)測(cè)量不同色光所含的熱量； 結(jié)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(jiàn)光的紅光之外直至毫米波段，波長(zhǎng)為0.71000um 自然界中一切溫度高于絕對(duì)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(biāo),自主產(chǎn)生熱輻射太陽(yáng)、火焰、生物、發(fā)動(dòng)機(jī)、尾焰 吸收熱輻射后釋放大氣、陸地、砂石、金屬 蒙皮效應(yīng)飛機(jī)、汽車(chē)輪胎 紅外輻射吸收體水、玻璃,三個(gè)大氣窗口,大氣對(duì)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(gè)可以透過(guò)紅外輻射的“窗口”： 短波13um 中波35um 長(zhǎng)波814um,各種大氣現(xiàn)象對(duì)紅外傳播的散射,瑞利散射粒子半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于紅外波長(zhǎng)，由氣體分子引起，影響輕微 彌式散射粒子半徑與紅外波長(zhǎng)接近，散射系數(shù)與波長(zhǎng)四次方成反比 無(wú)選擇性散射粒子半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于紅外波長(zhǎng)，散射與波長(zhǎng)無(wú)關(guān) 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(wú)選擇性散射,紅外探測(cè)器的早期研究,研究主要集中在近紅外 非完全被動(dòng)，需借助星光 四十年代出現(xiàn)軍用微光夜視儀（美國(guó)）,紅外探測(cè)器的發(fā)展,第一代：?jiǎn)卧骷?、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(zhǎng)波 InSb中波 QWIP（GaAs）中波、長(zhǎng)波，90年代后出現(xiàn) 微輻射熱計(jì)（Microbolometer）長(zhǎng)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(cè)器,紅外探測(cè)器的分類(lèi),光子型探測(cè)器 吸收紅外輻射后，產(chǎn)生光電效應(yīng)，即光子激發(fā)成傳導(dǎo)電子而形成電信號(hào)；響應(yīng)時(shí)間短，對(duì)波長(zhǎng)有選擇性；又可分為光導(dǎo)、光伏、光磁電等類(lèi)型。 熱探測(cè)器 吸收紅外輻射后，內(nèi)部產(chǎn)生溫度的變化，而溫度的變化又引起物理性質(zhì)的變化；響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)波長(zhǎng)無(wú)選擇性；又可分為氣動(dòng)探測(cè)器、測(cè)輻射熱計(jì)、溫差電偶、和熱電探測(cè)器等類(lèi)型。,光子型探測(cè)器,光子探測(cè)器是利用了材料的內(nèi)光電效應(yīng)，紅外光子直接把材料束縛態(tài)電子激發(fā)成傳導(dǎo)電子，參與導(dǎo)電，實(shí)現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換。電信號(hào)大小與吸收的光子數(shù)量成比例。按電信號(hào)輸出的不同原理，光子探測(cè)器又分為光電導(dǎo)、光伏、光磁電探測(cè)器。 光電導(dǎo)探測(cè)器是當(dāng)紅外輻射照射到探測(cè)器上之后，引起它的電阻發(fā)生變化，從而可探測(cè)出入射輻射的強(qiáng)弱。這種探測(cè)器有時(shí)也稱(chēng)為光敏電阻。器件有PbS、PbSe、Ge:Hg、InSb、MCT等。 光伏探測(cè)器是利用了半導(dǎo)體p-n結(jié)的特性，當(dāng)它受到紅外輻射的照射以后，載流子(即帶負(fù)電的電子和帶正電的空穴)被p-n 結(jié)所分開(kāi)，在p-n 結(jié)兩端建立起一個(gè)電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)的大小就表示了入射紅外輻射的強(qiáng)弱。器件如InSb、MCT、TeSnPb、PtSi等。 光磁電探測(cè)器由于需要在探測(cè)器芯片上要外加磁場(chǎng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不常使用，器件有InSb、MCT等。 光子探測(cè)器為對(duì)波長(zhǎng)有選擇響應(yīng)的探測(cè)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(cè)器,傳感器被入射的紅外輻射加熱 溫度變化的測(cè)量可由下列方式得到 電阻變化（測(cè)輻射熱計(jì)） 熱電結(jié)（TE傳感器） 熱釋電效應(yīng) 油膜蒸發(fā)（蒸發(fā)圖案） 半導(dǎo)體吸收邊緣移動(dòng) 熱彈性效應(yīng) 液晶色變 氣體壓力改變（高利元件）,非制冷紅外探測(cè)器,制冷型紅外的缺陷成本高、壽命短 20世紀(jì)70年代末，美、英軍方制定秘密計(jì)劃： 發(fā)展非制冷焦平面， 目的是發(fā)展出用戶(hù)買(mǎi)得起和用得起的熱成像儀。 ULISUncooled Low-cost Infrared Sensor,非制冷紅外探測(cè)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(jié)果。采用的探測(cè)器材料主要為兩種，即熱釋電和測(cè)輻射熱計(jì)。采用熱釋電材料的有:美國(guó)TI公司1987年研制出了100100元的BST，NETD 0.5，1990年對(duì)交付的第一個(gè)成像陣列進(jìn)行評(píng)估，更大的焦平面陣列達(dá)到了所希望的0.3的指標(biāo)，測(cè)得NETD為0.08，1993年328 245元的陣列，像元中心距為48.5m。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試所獲得的NETD在使用f/1光學(xué)時(shí)小于0.04 。英國(guó)在1988年研制出了100100元的PZT。1991年美國(guó)Loral公司研制出了192128元的熱釋電器件，NETD小于0.07。采用測(cè)輻射熱計(jì)的主要是美國(guó)Honeywell公司,該公司在1985年研制的80000元電阻型測(cè)輻射熱計(jì)的NETD= 0.3。1990年采用氧化釩的336240元陣列制作了第一個(gè)便攜式熱像儀，獲得的NETD=39mK (F=1)。此后，無(wú)論是熱釋電還是測(cè)輻射熱計(jì)，320240系列的器件和熱成像出現(xiàn)了很多。九十年代末以來(lái)探測(cè)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(dá)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(bào)道了1024規(guī)格的產(chǎn)品。,非制冷紅外探測(cè)器,紅外熱像儀的組成,紅外探測(cè)器 驅(qū)動(dòng)電路 制冷機(jī)（制冷型具備） 紅外光學(xué)鏡頭 外形及其他接口、結(jié)構(gòu)配件,機(jī)芯,紅外光學(xué),紅外儀器中的光學(xué)元件，如透鏡、轉(zhuǎn)鼓(棱鏡)、窗口(包括杜瓦瓶的窗口)、濾光片、調(diào)制盤(pán)等，均需要光學(xué)材料。紅外光學(xué)材料除一般光學(xué)玻璃所具備的光學(xué)、物理、化學(xué)、熱、機(jī)械等性能外，還要求在紅外波段內(nèi)具有良好的透過(guò)率。 常用的紅外光學(xué)材料為Ge，少量使用ZnS等,光學(xué)鍍膜,紅外光線材料的折射率較高，反射損失大，因而透過(guò)率較低，而且反射光線還將引起象質(zhì)變差。鍍?cè)鐾改?duì)于透射式紅外光學(xué)元件是必不可少的工藝，它不但提高了光學(xué)元件透過(guò)率，還對(duì)光學(xué)材料起到了保護(hù)作用，避免了某些材料的潮解等損傷。由圖可以看到，未鍍?cè)鐾改さ腉e片透過(guò)率很低,鍍?cè)鐾改た梢愿鶕?jù)需要在35微米或814微米的工作波段提高透過(guò)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(duì)比技術(shù)微光夜視,作用距離很短 成像質(zhì)量差 受外部光源影響極大，無(wú)法避免過(guò)曝 不能穿透煙、霧,對(duì)比技術(shù)紅外LED主動(dòng)照明,作用距離較短數(shù)十米 壽命問(wèn)題 專(zhuān)利問(wèn)題 受外部光源影響極大，無(wú)法避免過(guò)曝