非制冷红外焦平面探测器及其典型应用

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非制冷红外探测器研究进展(特邀)

非制冷红外探测器研究进展(特邀)

第50卷第1期 V〇1.50 No.l红外与激光工程Infrared and Laser Engineering2021年1月Jan. 2021非制冷红外探测器研究进展(特邀)余黎静^3,唐利斌杨文运2,郝群”(1.北京理工大学光电学院信息光子技术工信部重点实验室,北京10008卜,2.昆明物理研究所,云南昆明650223;3.云南省先进光电材料与器件重点实验室,云南昆明650223)摘要:非制冷红外探测器由于无需制冷装置,能够工作在室温状态下,具有成本低、体积小、功耗低 等特点,在红外领域得到了广泛的应用。

在军事应用方面,非制冷型探测器的应用逐渐进入了之前制 冷型探测器的应用范围,大量应用在一些低成本的武器系统,甚至在一些应用领域取代了原来的非制 冷型探测器。

在民用领域方面,更表现出了其价格和使用方便的优势,在民用车载夜视、安防监控等应 用领域引起了广泛的兴趣和关注。

文中介绍了 Bolometer、热释电、热电堆等几种典型非制冷红外探测 器的工作原理,列举了目前已实现商业化应用的主要产品在国内外的情况,着重介绍了目前应用最广 泛的Bolometer器件主流产品的像元间距、阵列规格、性能及其封装发展的情况。

除了已实现商业化 应用的Bolometer、热释电、SO I二极管等探测器等产品,还详细介绍了一些非制冷探测新技术或新型 器件:比如超表面在增强某些波段吸收方面的应用,新材料的Bolometer探测器、双材料新型非制冷器 件、石墨烯、量子点、纳米线等光电探测技术的研究进展。

最后文章还对今后非制冷红外探测器的发展 趋势作了预测。

关键词:非制冷;红外探测器;热释电;Bolometer;封装中图分类号:TN215 文献标志码:A D O I:10.3788/IRLA20211013Research progress of uncooled infrared detectors(Invited)Yu Lijing1'2'3,Tang Libin1'2'3*,Yang Wenyun2,Hao Qun1*(1. The Laboratory of Photonics Information Technology, Ministry of Industry and Information Technology,School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China;2. Kunming Institute of Physics, Kunming 650223, China;3. Yunnan Key Laboratory of Advanced Photoelectric Materials & Devices, Kunming 650223, China)Abstract:Uncooled infrared detectors are widely used in the infrared field due to their low cost,small size,and low power consumption because they do not need the cooling device and can work at room temperature.In military application field,the uncooled detector has gradually entered the application domain of previous refrigerated detector,and has been widely used in some low-cost weapon systems,even replaced the original uncooled detectors in some application fields.In the civil field,it has shown its advantages in price and ease of use,and has aroused widespread interest and attention in civil in-vehicle night vision,security monitoring and other application field.The working theory of several typical uncooled infrared detectors such as Bolometer, pyroelectric,thermopile,etc.were introduced,and the status of the main products that have been commercialized at home and abroad was enumerated,the development of pixel pitch,array specifications,performance and收稿日期:2020-1卜24;修订日期:2020-12-08基金项目:国家重点研发计划(2019YFB2203404);云南省创新团队(2018HC020)packaging of mainstream bolometer devices was focused,which were currently the most widely used.In addition to the bolometer,pyroelectric,SOI diode and other products that had been commercialized,some new uncooled detection technologies or new detectors were introduced in detail:such as the application of metasurfaces in enhancing absorption in certain wavebands,the research progress of new materials bolometer,new bi-material uncooled devices,graphene,quantum dots,nanowires and other photoelectric detection tech­nologies.Finally,the future development trend of u ncooled infrared detectors were predicted in the end of t he review. Key words:uncooled;infrared detector;pyroelectric;bolometer;package〇引言在红外系统中,红外探测器作为探测、识别目标 的关键,其主要作用是将人射的红外信号转化为可以 检测的电信号后进行输出。

非制冷周扫红外

非制冷周扫红外

非制冷周扫红外
非制冷周扫红外技术是一种利用被测物体辐射的红外能量进行热成像分析的技术。

相比传统的制冷红外技术,非制冷周扫红外具有更多的优势和应用前景。

首先,非制冷周扫红外技术不需要使用制冷设备来冷却红外传感器,因此减小
了设备体积和重量,降低了成本,并且使设备更加便携。

这使得非制冷周扫红外在许多领域中得到了广泛的应用,包括工业检测、医学诊断、建筑热学、环境监测等。

其次,非制冷周扫红外技术具有更快的响应时间和更高的灵敏度。

由于非制冷
红外传感器的响应速度较快,几乎可以实时获得红外图像。

这使得非制冷周扫红外可以应用在需要快速检测和监测的场景中,例如工业生产线上的故障诊断、医学手术中的组织病理学检测等。

此外,非制冷周扫红外技术还具有更广泛的温度范围和更高的温度分辨率。


冷红外技术受限于其制冷能力和制冷系统的稳定性,常常不能在极高或极低的温度条件下工作。

而非制冷周扫红外可以在更广泛的温度范围内进行热成像分析,并且具有更高的温度分辨率,能够提供更精准的温度信息。

综上所述,非制冷周扫红外技术具有更加便携、响应速度更快、灵敏度更高、
温度范围更广、温度分辨率更高等优势。

随着技术的不断发展和创新,非制冷周扫红外技术将在更多领域中得到应用,并且为我们提供更全面、精准的热成像分析。

非制冷红外焦平面探测器及其典型应用

非制冷红外焦平面探测器及其典型应用

SWIR
• 可使用常规可见光 镜头,可透过玻璃 成像
• 可探测1.06μm及 1.55μm激光
• 可复现可见光图像 细节Fra bibliotekMWIR
• 在高温、潮湿的海 洋大气条件下,中 波红外的传输优于 长波红外
• 如舰船发动机等高 温目标中波红外特 征明显
• 中波制冷红外的技 术成熟度
LWIR
• 长波红外在地面大 气环境的传输最好

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红外成像技术—发展史
1800年, 赫胥尔发现了红外线 (水银温度计)
光机扫描、红外 摄像管技术
1800 1901年,Langley 利用探测到 1/4英里外的一头牛(电阻
1930
式测辐射热计)
1940
光机扫描红外成像技术 非制冷型红外成像技术
1956
AIM-9响尾蛇导弹
民用红外成像有望呈现爆发式增长。

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红外成像探测器技术
制冷光子型
原理:光子型探测 优势:成像距离远,成像清晰,响应时间快,可高帧频工作(400Hz); 劣势:系统功耗大,体积大,成本高,运行时间受制冷机寿命限制; 应用:红外雷达,光电吊舱,导引头等远距离观测与跟踪高端军用
• 长波红外与室温目 标的红外辐射光谱 的匹配最好
• 战场环境烟雾环境 适应性好
• 非制冷长波红外成 像成本较低

IRay Confidential
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红外成像技术优势
隐蔽性好 全天时
被动式目标成像与识别,隐 蔽性好
能真正做到24小时全天时监控, 不受白天黑夜影响
抗电磁干扰
不受电磁影响,能远距离精 确跟踪热目标
准全天候
作用距离远
可穿透烟雾、雾霾、云雾成像, 在恶劣天气条件下的成像效果 几乎不受影响。

国外非制冷红外焦平面阵列探测器进展

国外非制冷红外焦平面阵列探测器进展
中 图分 类号 : N 1 T 25 文 献标识 码 : A
De eo m e to r in Unc o e d I Dee t r
L -ui W ANG n —u , EIYa g , Ro g r i CHEN a — a Mio h i
I F A探测器 等 。 RP
启动快及稳定性好等优点 , 满足 了民用红外系统和 部分军事红外系统对长波红外探测器的迫切需要。 事实表明, 采用非制冷 I FA探测器的轻型红外热 RP 像仪系统逐渐增多 , 中采用 的规格 主要有 10× 其 6
10元 、5 2 26×18元和 30× 4 2 2 20元 等 。一些 较 大规
辐射 热计 的发展 状 况 , 时也 介 绍 了 近年 出现 的一 同 些新 型非 制 冷 IF A 探 测 器 技 术 , 硅 一绝 缘 体 RP 如 (O) S I 二极管 非 制 冷 I FA 探测 器 、 材料 微 悬 臂 RP 双 梁非 制 冷 I F A探 测 器 、 用 热 光 效 应 的 非 制 冷 RP 利
( ot hn eerhIstt o l t -pi , eig10 1 ,hn ) N r C i R sac tue f e r ots B rn 00 5 C ia h a n i E co c
Ab t a t Un o l d i f e ee tri o e tp ft e mo tf te ov d i r e e e t r n a i e mi tr n s r c : c oe nr d d t co s n e o s a v l e n a d d t cos a d h s w d l a y a d r a y h s fr i cvla p l ain .I e p p r te sae n sfc s d o e sae o r a d t n fs v rlfr in rp e e t- ii n a p i t s n t a e , tt me t o u e n t tt f t n e d o e e a eg e rs n a i c o h h i h a r o t e u c oe n rr d d tco e eo me t i n o ld i a e ee tr d v l p n . v f s

红外焦平面成像技术的军事应用与发展

红外焦平面成像技术的军事应用与发展

总第184期2009年第10期舰船电子工程Ship Electronic EngineeringVol.29No.1021红外焦平面成像技术的军事应用与发展3石永山(海军驻锦州地区军事代表室 锦州 121000)摘 要 国外红外焦平面成像技术在现代战争中发挥着越来越重要的作用。

文章介绍了红外焦平面成像技术的发展历程以及装备的研制、改进情况,指出了在现代战争中发展红外焦平面成像技术的优势和重要性,重点探讨了几种红外焦平面成像技术的性能及其特点,最后论述了红外焦平面成像技术的发展动向与分析。

关键词 红外焦平面;成像技术;发展趋势中图分类号 TN97Application and t he Develop mentof t he Abroa d Inf rared Stealt h TechnologyShi Yongsha n(Military Representative Office of Navy in Jinzhou,Jinzhou 121000)Abs t rac t The abroad inf rared focal plane imaging technology play more and more roles in the war today.The process of development of the inf rared focal plane imaging technology and equipments in all countries over the world and its modification are described.The technique performance and properties of several inf rared focal plane imaging technology seekers are ana2 lyzed,and development trend and analysis of the inf rared focal plane imaging technology are discussed.Ke y w ords inf rared focal plane,imaging technology,development trendClass Nu m ber TN971 引言红外焦平面成像技术是一种可探测目标的红外辐射,并能通过光电转换、电信号处理等手段,将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备,是集光、机、电等尖端技术于一体的高科技产品。

非制冷探测器

非制冷探测器

1 概非制冷探测器技术发展.doc况自上世纪90年代,非制冷凝视型红外热像仪迅速进入应用市场。

这种热像仪与制冷型凝视红外热像仪相比,虽然在温度分辨率等灵敏度方面还有很大差距,但具有一些突出的优点:不需制冷,成本低、功耗小、重量轻、小型化、启动快、使用方便、灵活、消费比高。

至今,非制冷红外焦平面阵列(FPA)技术已由小规模发展到中、大规模320×320和640×480阵列,在未来的几年内有望获得超大规模的1024×1024非制冷焦平面阵列(F PA)。

像素尺寸也由50μm减小到25μm,使焦平面灵敏度进一步提高。

这种非制冷红外成像系统在军用和民用领域应用越来越广泛,部分型号产品已装备部队,尤其在轻武器(枪械)瞄准具、驾驶员视力增强器、单兵头盔式观瞄、手持式(便携)热像仪等轻武器,以及部分导弹的红外成像末制导等方面,非致冷热像仪在近年内有望部分取代价格高、可靠性差、体积大而又笨重的制冷型热成像系统。

2 现状1978年美国Texas Instruments在世界上首次研制成功第一个非制冷红外热像仪系统,主要红外材料为α-Si(非晶硅)与BST(钛酸锶钡)。

1983年美国Honeywell开始研制室温下的热探测器,使用了硅微型机械加工技术,使热隔离性提高,成本降低。

1990-1994年美国很多公司从Honeywell获技术转让,使以VOx(氧化钒)为探测材料的非制冷探测器得到了迅速广泛发展。

VOx材料具有较高的热电阻系数,目前世界上性能最好的非制冷探测器就是采用VOx材料制备的,主要采用8~14μm波段3 20×240和160×120元的非制冷FPA器件,其结构按部件功能模块化(诸如,光学模块、FPA组件模块、信号读出处理电路模块和显示模块)。

目前市场上有热像仪整机产品,也有各种功能模块单独出售,供用户选用。

3 国外主要几家公司研制生产状况目前,国际上美国、法国、英国和日本的非制冷红外探测器研制生产水平居世界领先水平。

《2024年非制冷红外热成像系统研究》范文

《2024年非制冷红外热成像系统研究》范文

《非制冷红外热成像系统研究》篇一一、引言非制冷红外热成像系统是一种基于红外探测技术的先进设备,广泛应用于军事、安防、医疗和工业等领域。

该系统通过捕捉目标物体的红外辐射信息,将其转换为可见图像,实现对目标的探测、识别和跟踪。

本文将对非制冷红外热成像系统的研究进行深入探讨,分析其原理、技术、应用及发展趋势。

二、非制冷红外热成像系统原理非制冷红外热成像系统利用微测辐射热计探测器将接收到的红外辐射信号转换为电信号,进而生成红外图像。

该系统主要由光学系统、探测器、信号处理电路和显示设备等部分组成。

其中,探测器是系统的核心部件,其性能直接决定了整个系统的性能。

三、非制冷红外热成像系统技术(一)探测器技术探测器是非制冷红外热成像系统的关键技术之一。

目前,常用的探测器包括氧化钒(VOx)探测器、石墨烯探测器等。

这些探测器具有灵敏度高、响应速度快、稳定性好等优点,能够满足不同应用场景的需求。

(二)信号处理技术信号处理技术是提高非制冷红外热成像系统性能的重要手段。

通过对接收到的红外信号进行滤波、放大、数字化等处理,可以消除噪声干扰,提高图像的信噪比和分辨率。

此外,还可以采用算法优化等技术手段,进一步提高图像的清晰度和对比度。

四、非制冷红外热成像系统应用非制冷红外热成像系统具有广泛的应用领域,包括军事侦察、安防监控、医疗诊断和工业检测等。

在军事侦察领域,非制冷红外热成像系统可用于夜间侦察、目标搜索和识别等任务;在安防监控领域,该系统可用于监控城市交通、公共场所和重要设施等;在医疗诊断领域,该系统可用于辅助医生进行疾病诊断和治疗;在工业检测领域,该系统可用于检测机械设备的运行状态和故障诊断等。

五、非制冷红外热成像系统发展趋势随着科技的不断发展,非制冷红外热成像系统将朝着高性能、低成本、小型化等方向发展。

一方面,通过不断提高探测器的性能和稳定性,提高系统的整体性能;另一方面,通过优化生产工艺和降低成本,降低系统的价格,使其更广泛地应用于各个领域。

非制冷面阵红外测温

非制冷面阵红外测温

非制冷面阵红外测温
随着科技的发展,非制冷面阵红外测温技术在各个领域得到了广泛应用。

这种技术具有诸多优势,不仅为人们提供了便捷的测温方式,还为各行各业带来了前所未有的机遇。

一、非制冷面阵红外测温技术简介
非制冷面阵红外测温技术是一种基于红外探测器的光电转换技术。

与传统的热电偶、热敏电阻等接触式测温方法相比,非制冷面阵红外测温技术具有无接触、快速、准确等特点,能在-50℃至+300℃的范围内实现高精度测温。

二、技术原理与优势
非制冷面阵红外测温技术的工作原理是:红外探测器接收物体发出的红外辐射,将其转换为电信号,再通过信号处理电路将电信号转换为温度值。

与其他测温方法相比,非制冷面阵红外测温技术具有以下优势:
1.非接触测量:无需与被测物体接触,避免了对物体的磨损和损坏,同时减少了人为误差。

2.响应速度快:面阵探测器具有较高的响应速度,可在短时间内实现对物体的测温。

3.抗干扰能力强:红外测温技术不受电磁场、磁场等因素的影响,能在恶劣环境中正常工作。

4.宽温度范围:非制冷面阵红外测温技术可在较大温度范围内实现高精度测温。

5.易于集成:面阵红外探测器结构紧凑,易于与其他传感器和设备集成,
便于实现自动化测温。

三、应用领域与前景
非制冷面阵红外测温技术在众多领域得到了广泛应用,如工业生产、医疗保健、环境监测、交通运输等。

随着技术的不断进步,非制冷面阵红外测温设备的性能和可靠性得到了进一步提高,未来将在更多领域得到应用,为人类社会带来更多便捷和福祉。

总之,非制冷面阵红外测温技术凭借其独特的优势,已成为现代测温领域的一大热门。

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LWIR
• 长波红外在地面大 气环境的传输最好 • 长波红外与室温目 标的红外辐射光谱 的匹配最好 • 战场环境烟雾环境 Байду номын сангаас应性好 • 非制冷长波红外成 像成本较低
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红外成像技术优势
隐蔽性好 全天时
被动式目标成像与识别,隐 蔽性好 能真正做到24小时全天时监控, 不受白天黑夜影响 不受电磁影响,能远距离精 确跟踪热目标 可穿透烟雾、雾霾、云雾成像, 在恶劣天气条件下的成像效果 几乎不受影响。
国内红外成像市场发展
与全球红外成像市场相比,国内红外成像市场整体还不太成熟; 国内装备市场底子偏薄、成长空间可观; 测温工具、单目手持夜视个人装备等领域还有很大的增长空间; 随着红外成像在安防、汽车夜间辅助驾驶、无人机、手机等领域的应用,我国 民用红外成像有望呈现爆发式增长。
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红外成像探测器技术
制冷光子型
原理:光子型探测 优势:成像距离远,成像清晰,响应时间快,可高帧频工作(400Hz); 劣势:系统功耗大,体积大,成本高,运行时间受制冷机寿命限制; 应用:红外雷达,光电吊舱,导引头等远距离观测与跟踪高端军用
非制冷热式
原理:热式探测原理 优势:SWaP-C 劣势:成像距离较近,不适合点目标,成像图形噪声高 应用:单兵武器、低成本导引头等军用及电力测温、安防,汽车,工业检 测等民用市场
非制冷红外成像技术流派
20世纪90 年代末,非制冷红外焦平面探测器的技术流派基本定型,下图是现今市场上仍保 持占有率的两类micro-bolometer技术(VOx和a-Si )及其承袭关系。
VOx
Honeywell 1990~1994 LORAL 1996 LOCKHEED MARTIN 2000 SCD NEC BAe System ROCKWELL 1996 BOEING 2001 DRS RAYTHEON Vision System 1992 1997 INDIGO 2004 2004 FLIR L-3 Communications ULIS AMBER HUGHES 1997
非制冷红外焦平面探测器技术 及典型应用
夜视成像技术—红外成像
人眼可见光谱范围大约为390~760nm,对红外线不可见 高于绝对零度(-273℃)的物体都不断的辐射红外线 红外辐射无处不在!
电磁光谱图
红外辐射发现者:英国科学家赫歇尔(1800年)
2
红外波段大气窗口
物体红外辐射的能量与波长,取决于物体温度 室温目标(300K)辐射中心波长约为10μm 大气窗口:1~2.5μm SWIR,3~5μm MWIR与8~14μm LWIR
3
不同波段红外成像特征
SWIR
• 可使用常规可见光 镜头,可透过玻璃 成像 • 可探测1.06μm及 1.55μm激光 • 可复现可见光图像 细节
MWIR
• 在高温、潮湿的海 洋大气条件下,中 波红外的传输优于 长波红外 • 如舰船发动机等高 温目标中波红外特 征明显 • 中波制冷红外的技 术成熟度
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红外成像技术—发展史
1800年, 赫胥尔发现了红外线 (水银温度计)
1800 1901年,Langley 利用探测到
1/4英里外的一头牛(电阻 式测辐射热计) 1930 光机扫描、红外 摄像管技术
1940 1956
AIM-9响尾蛇导弹 (光子单元型)
光机扫描红外成像技术
1965
1980 制冷光子型红外成像技术
红外测温
森林/仓储防火、电力监测、疫病防 控、建筑节能评估、工业测温等
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民用市场
安防监控、车载、电力测温、消防救援、疾病防控等 在监控市场中,安防厂家大举进入。美国FLIR公司、国内海康、大华等专业 厂家已经进入市场,应用范围扩大到政府机关、银行、交通、停车场、发电 站、危险品仓库等领域; 汽车夜视增长潜力巨大,欧盟新车安全评鉴协会(Euro NCAP)发布的最新 欧洲新车碰撞测试会促进市场增长,采用热成像解决方案来减少夜间行人碰 撞的发生; 民用市场对探测器信价比及产品一致性要求较高。
焦平面探测器关键指标
图像分辨率:阵列规模、像元尺寸; 性能基础指标:噪声等效温差(NETD)、热响应时间( Thermal constant time),工作帧频(Frame rate),动态范围( Dynamic Range),功耗 非均匀性:响应非均匀性、固定图形噪声、3D噪声; 质量品控:盲元、坏簇、产品一致性 易用性:TEC-less,Shutter-less,Sun-safe, Vibration/Shock Capable。
探测能力强:一般长焦热成 像仪能观测3千米以上的人员 和6千米以上的车辆。 可识别迷彩等伪装,分辨人体 车辆能力强
抗电磁干扰
红外成像能穿透烟雾看到后面的人
准全天候
作用距离 远
辨伪能力强
红外成像能看到树丛后的人员
5
红外成像典型应用
夜视成像
国防装备、汽车夜间辅助驾驶、安 防监控、消防救援、城市安全、执 法、个人消费电子、
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个人消费市场
个人红外成像,如消费级无人机红外成像载荷,安全视觉、狩猎、户外观等;
个人视觉系统应用:护目镜、安全视觉、狩猎、户外观察 智能家电应用:空调、微波炉等家居应用,采用低成本、小面阵传感器 家庭安防:红外成像不泄漏家庭隐私,可以实现家庭24小时安全监控 手机型工具类热像仪
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非制冷型红外成像技术
2000
个人消费红外成像技术
now
12
非制冷红外成像技术流派
1978年,Raytheon和TI 团队分别申请了BST技术专利。 80 年代, Raytheon 与 Honeywell 获得美国政府 HIDAD 支持,研制非制冷红外焦平面探测 器。Raytheon致力于将BST技术商用化,而Hollywell则选择研究VOx技术。 1990~1994 年, Hollywell 将其研发成功的 VOx 技术先后转让给多家公司,形成了国际上 非制冷红外焦平面探测器主要供应商,如:FLIR 、Raytheon Vision System、BAe System 、DRS、SCD、NEC等。 90 年代中期, TI公司开放其 BST 热成像技术至商用领域,但由于其在性能方面落后于 VOx 技术,市场前景不乐观。同一时期,TI公司开始研制a-Si技术,后TI将这两项技术 打包卖给Raytheon commercial IR,后者在2004年又将其一起转卖给L-3。) 90年代末,法国CEA/LETI机构研制的a-Si技术获得成功,后将其授权给ULIS。
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