كاشف الأشعة تحت الحمراء غير المبرد

 

 

 

 

مبدأ العمل

 

يتكون كاشف الطائرات البؤرية غير المبردة من العديد من MEMS (النظم الكهروميكانيكية الدقيقة) بنية الجسور الصغيرة بنية البكسلات مرتبة مرارًا وتكرارًا على المستوى البؤري, ويقيس كل بكسل الإشعاع الحراري بزاوية حادثة محددة. المبدأ الأساسي:

أ): يتم امتصاص الإشعاع بالأشعة تحت الحمراء بواسطة طبقة امتصاص الأشعة تحت الحمراء في البكسل للتسبب في تغير درجة الحرارة, وبالتالي تغيير قيمة مقاومة الثرمستور السيليكون غير المتبلور;

ب): يتم دعم الثرمستور من السيليكون غير المتبلور فوق الركيزة السيليكون من خلال جسر عزل حراري MEMS, وهو متصل بدائرة القراءة COMS ملفقة على ركيزة السيليكون من خلال هيكل داعم;

ج): تقوم دائرة CMOS بتحويل تغيير قيمة المقاومة في الثرمستور إلى تيار تفاضلي ويؤدي تضخيمًا متكاملًا. بعد أخذ العينات, يتم الحصول على القيمة الرمادية لبكسل واحد في الصورة الحرارية بالأشعة تحت الحمراء.

 

 

 

 

المعلمات الرئيسية التي تؤثر على الأداء

1. معدل الاستجابة:

يشير إلى نسبة إشارة الخرج إلى طاقة الإشعاع بالأشعة تحت الحمراء الإدخال. كلما زاد معدل الاستجابة, كان أداء الكاشف أفضل.

2. نطاق الطول الموجي الاستجابة:

غير مبرد (حساسة للحرارة) لا تحتوي أجهزة الكشف بالأشعة تحت الحمراء على انتقائية لطول موجة الاستجابة, وإظهار نفس الحساسية لضوء الحوادث من مختلف الأطوال الموجية. العمل بشكل عام في درجة حرارة الغرفة, الحساسية منخفضة, ووقت الاستجابة طويل أيضًا.

3. ضوضاء:

تأتي الضوضاء من بعض العمليات المادية الأساسية في كاشف الأشعة تحت الحمراء, حتى في غياب الإشعاع الحادث, سيكون هناك ضوضاء. سوف تؤثر الضوضاء على دقة الكشف عن كاشف الأشعة تحت الحمراء, أصغر الضوضاء, كان أداء الكاشف أفضل.
تشمل ضوضاء الكاشف بشكل أساسي ضوضاء التيار المظلم وضوضاء الإلكترون الضوئي. الطريقة الرئيسية لتقليل ضوضاء التيار المظلم هي خفض درجة الحرارة من درجة حرارة الغرفة إلى درجة حرارة النيتروجين السائل, ويمكن تقليل الضوضاء التيار المظلم بواسطة 50%.

4. نسبة الإشارة إلى الضوضاء(SNR):

يشير إلى نسبة جهد إخراج الإشارة الناتج عن الإشعاع الحادث إلى ناتج جهد الضوضاء في نفس الوقت. كلما ارتفعت نسبة الإشارة إلى الضوضاء للجهاز, انخفاض الضوضاء, والعكس صحيح. لذلك, كلما ارتفعت نسبة الإشارة إلى الضوضاء, أفضل.

5. قوة مكافئة للضوضاء:

عندما يكون جهد الخرج الناتج عن الإشعاع الحادث يساوي تمامًا جهد الضوضاء للكاشف نفسه, تسمى قوة الإشعاع الحادث في هذا الوقت قوة مكافئة الضوضاء. انخفضت قوة الكاشف المكافئة للضوضاء, أفضل.

6. فرق درجة الحرارة المكافئ للضوضاء:

يشير هذا إلى الحد الأدنى من اختلاف درجة الحرارة الذي يمكن أن يكتشفه كاشف الأشعة تحت الحمراء, أصغر القيمة, أفضل.

7. معدل الكشف:

إنه المتبادل لفرق درجة الحرارة المكافئ للضوضاء. كلما ارتفع معدل الكشف, أفضل.

 

 

 

طلب

تحتوي أجهزة الكشف بالأشعة تحت الحمراء غير المبردة على مجموعة واسعة جدًا من التطبيقات في الحقول العسكرية والتجارية:

1. المجال العسكري

تشمل الطلبات في المجال العسكري مشهد الأسلحة الحرارية (TWS), تعزيز الرؤية المحمولة, محسن رؤية السائق (اثنين), محطة الأسلحة البعيدة (RWS), مركبة جوية بدون طيار (الطائرات بدون طيار), مستشعر الأرض غير المأهولة(UGS), مركبة قيادة المراقبة, توجيهات الصواريخ والسيطرة عليها, إلخ.

2. مجال قياس درجة حرارة التصوير الحراري

يستخدم قياس درجة حرارة التصوير الحراري للصيانة التنبؤية, مثل اكتشاف مناطق التدفئة غير الطبيعية من خلال الكاميرات الحرارية بالأشعة تحت الحمراء على خطوط نقل الطاقة, معدات توليد الطاقة, والمعدات الميكانيكية, والتي يمكن أن تمنع الإغلاق والحوادث الرئيسية. من حيث التفتيش المباني, يتم استخدامه للكشف عن تأثير العزل للمنازل, واجهات الجدار, جوفاء, تسرب الماء والعفن, إلخ. تتضمن تطبيقات التصوير الحراري الآخر تطوير المنتج, تصنيع الإلكترونيات, قياس درجة الحرارة الطبية والتحكم في العملية, إلخ., كما هو مبين في الشكل على اليمين.

3. مجال تعزيز الرؤية التجارية

وتشمل التطبيقات الرئيسية لتعزيز الرؤية التجارية مكافحة الحرائق, مراقبة, تعزيز الرؤية بالأشعة تحت الحمراء للسيارات والأشعة تحت الحمراء, إلخ., كما هو موضح في الشكل الأيسر. يستخدم بشكل أساسي مزايا التصوير بالأشعة تحت الحمراء بدون مصدر إضاءة خارجي, قدرة قوية على اختراق الدخان, المدى الطويل, تباين التصوير القوي, إلخ., لتكملة الرؤية البشرية بفعالية.

4. إلكترونيات المستهلك

نظرًا للتطبيق الواسع ومعدل الاختراق العالي للغاية لأجهزة استشعار صور الضوء المرئية في منتجات الإلكترونيات الاستهلاكية مثل الهواتف المحمولة, لدى الناس توقعات كبيرة لتطبيق التصوير بالأشعة تحت الحمراء في الإلكترونيات الاستهلاكية. التطبيق على نطاق واسع لتكنولوجيا التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء في الإلكترونيات الاستهلاكية محدود حاليًا بشكل أساسي بالتكلفة والحجم. في الوقت الحالي, أطلقت Flir and Seek Thermal معدات التصوير الحراري من فئة المستهلك, مما يجعل الناس يتطلعون أيضًا إلى المزيد من تطبيقات مستشعرات التصوير الحرارية بالأشعة تحت الحمراء في مجال الإلكترونيات الاستهلاكية.