Fronir: Prodotti optoelettronici
Panoramica
Il rilevatore del piano focale a infrarossi è il componente principale del sistema di imaging termico e la chiave per il rilevamento, identificare e analizzare le informazioni infrarosse degli oggetti. Ha una vasta gamma di applicazioni in ambito militare, industria, trasporto, monitoraggio della sicurezza, meteorologia, medicina e altri campi.
I rilevatori del piano focale a infrarossi possono essere suddivisi in rilevatori del piano focale a infrarossi raffreddati e rilevatori del piano focale a infrarossi non raffreddati. I vantaggi dei rilevatori a infrarossi raffreddati sul piano focale sono l'elevata sensibilità, capacità di distinguere differenze di temperatura più sottili, e una distanza di rilevamento più lunga. Viene utilizzato principalmente in attrezzature militari di fascia alta. Il rilevatore a infrarossi del piano focale non raffreddato non necessita di un dispositivo di refrigerazione e può funzionare a temperatura ambiente. Presenta i vantaggi delle dimensioni ridotte, peso leggero, basso consumo energetico, lunga vita, basso costo, e avvio rapido. Sebbene non sia sensibile come i rilevatori a infrarossi raffreddati sul piano focale, le prestazioni dei rilevatori a infrarossi sul piano focale non raffreddati possono soddisfare i requisiti tecnici di alcune apparecchiature militari e della maggior parte dei settori civili.
Principio di funzionamento
Il rilevatore del piano focale a infrarossi non raffreddato è composto da molti MEMS (sistemi microelettromeccanici) pixel con struttura a microponte disposti bidimensionalmente ripetutamente sul piano focale, e ciascun pixel misura la radiazione termica con uno specifico angolo di incidenza. Principio fondamentale:
UN): La radiazione infrarossa viene assorbita dallo strato assorbente dell'infrarosso nel pixel per provocare un cambiamento di temperatura, modificando così il valore di resistenza del termistore in silicio amorfo;
B): Il termistore in silicio amorfo è supportato sopra il substrato di silicio tramite un microponte di isolamento termico MEMS, ed è collegato al circuito di lettura COMS realizzato sul substrato di silicio tramite una struttura di supporto;
C): Il circuito CMOS converte la variazione del valore di resistenza del termistore in una corrente differenziale ed esegue un'amplificazione integrale. Dopo il campionamento, si ottiene il valore di grigio di un singolo pixel nell'immagine termica a infrarossi.
Parametri chiave che influiscono sulle prestazioni
1. Tasso di risposta:
Si riferisce al rapporto tra il segnale di uscita e la potenza della radiazione infrarossa in ingresso. Maggiore è il tasso di risposta, migliori saranno le prestazioni del rilevatore.
2. Intervallo di lunghezze d'onda di risposta:
Non raffreddato (sensibile al calore) i rilevatori a infrarossi non hanno selettività rispetto alla lunghezza d'onda di risposta, and show the same sensitivity to incident light of various wavelengths. Generally working at room temperature, the sensitivity is low, and the response time is also long.
3. Noise:
Noise comes from some basic physical processes in the infrared detector, even in the absence of incident radiation, there will be noise. Noise will affect the detection accuracy of the infrared detector, the smaller the noise, migliori saranno le prestazioni del rilevatore.
Detector noise mainly includes dark current noise and photoelectron noise. The main method to reduce the dark current noise is to lower the temperature from room temperature to liquid nitrogen temperature, and the dark current noise can be reduced by 50%.
4. Signal-to-noise Ratio(SNR):
It refers to the ratio of the signal output voltage generated by the incident radiation to the noise voltage output at the same time. Maggiore è il rapporto segnale-rumore del dispositivo, minore è il rumore, e viceversa. Perciò, maggiore è il rapporto segnale/rumore, meglio è.
5. Potenza equivalente al rumore:
Quando la tensione di uscita generata dalla radiazione incidente è esattamente uguale alla tensione di rumore del rilevatore stesso, la potenza della radiazione incidente in questo momento è chiamata potenza equivalente del rumore. Minore è la potenza equivalente di rumore del rilevatore, meglio è.
6. Differenza di temperatura equivalente al rumore:
Si riferisce alla differenza di temperatura minima che il rilevatore a infrarossi può rilevare, minore è il valore, meglio è.
7. Tasso di rilevamento:
È il reciproco della differenza di temperatura equivalente al rumore. Maggiore è il tasso di rilevamento, meglio è.
Applicazione
I rilevatori a infrarossi non raffreddati hanno una vasta gamma di applicazioni in campo militare e commerciale:
1. Campo militare
Le applicazioni in campo militare includono il mirino per armi termiche (TWS), Miglioramento della visione portatile, Miglioratore della vista del conducente (DUE), Stazione per armi remote (RWS), Veicolo aereo senza equipaggio (UAV), Sensore di terra senza pilota(UGS), Veicolo di comando di osservazione, Guida e controllo dei razzi, eccetera.
2. Campo di misurazione della temperatura con imaging termico
La misurazione della temperatura mediante imaging termico viene utilizzata per la manutenzione predittiva, come il rilevamento di aree di riscaldamento anomalo tramite termocamere a infrarossi sulle linee di trasmissione di energia, apparecchiature per la produzione di energia, e attrezzature meccaniche, che può prevenire arresti importanti e incidenti. In termini di ispezione edilizia, viene utilizzato per rilevare l'effetto di isolamento delle case, facciate murarie, svuotamento, infiltrazioni d'acqua e muffe, eccetera. Altre applicazioni della termografia includono lo sviluppo del prodotto, produzione elettronica, misurazione della temperatura medica e controllo del processo, eccetera., come mostrato nella figura a destra.
3. Campo del miglioramento della visione commerciale
Le principali applicazioni del miglioramento della visione commerciale includono la lotta agli incendi, sorveglianza, miglioramento della visione a infrarossi automobilistica e marittima, eccetera., come mostrato nella figura a sinistra. Utilizza principalmente i vantaggi dell'imaging a infrarossi senza fonte di luce esterna, forte capacità di penetrare il fumo, lungo raggio, forte contrasto dell'immagine, eccetera., per integrare efficacemente la visione umana.
4. Elettronica di consumo
A causa dell'ampia applicazione e del tasso di penetrazione estremamente elevato dei sensori di immagini a luce visibile nei prodotti elettronici di consumo come i telefoni cellulari, le persone hanno grandi aspettative per l'applicazione dell'imaging a infrarossi nell'elettronica di consumo. L’applicazione su larga scala della tecnologia di imaging termico a infrarossi nell’elettronica di consumo è attualmente limitata principalmente dai costi e dal volume. Attualmente, FLIR e Seek Thermal hanno lanciato apparecchiature per l'imaging termico di livello consumer, il che fa sì che le persone attendano con ansia ulteriori applicazioni dei sensori di imaging termico a infrarossi nel campo dell'elettronica di consumo.