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Visão geral
O detector de plano focal infravermelho é o componente central do sistema de imagem térmica e a chave para detectar, identificando e analisando as informações infravermelhas de objetos. Possui uma ampla gama de aplicações militares, indústria, transporte, monitoramento de segurança, meteorologia, medicina e outras áreas.
Os detectores de plano focal infravermelho podem ser divididos em detectores de plano focal infravermelho resfriados e detectores de plano focal infravermelho não resfriados. As vantagens dos detectores de plano focal infravermelho resfriados são alta sensibilidade, capacidade de distinguir diferenças de temperatura mais sutis, e maior distância de detecção. É usado principalmente em equipamentos militares de última geração. O detector de plano focal infravermelho não resfriado não precisa de um dispositivo de refrigeração e pode operar em temperatura ambiente. Tem as vantagens do tamanho pequeno, peso leve, Baixo consumo de energia, vida longa, baixo custo, e inicialização rápida. Embora não seja tão sensível quanto os detectores de plano focal infravermelho resfriados, o desempenho dos detectores de plano focal infravermelho não resfriados pode atender aos requisitos técnicos de alguns equipamentos militares e da maioria dos campos civis.
Princípio de trabalho
O detector de plano focal infravermelho não resfriado é composto por muitos MEMS (sistemas microeletromecânicos) pixels de estrutura de microponte dispostos bidimensionalmente repetidamente no plano focal, e cada pixel mede a radiação térmica em um ângulo de incidência específico. Principio básico:
a): A radiação infravermelha é absorvida pela camada absorvente de infravermelho no pixel para causar uma mudança de temperatura, alterando assim o valor da resistência do termistor de silício amorfo;
b): O termistor de silício amorfo é suportado acima do substrato de silício através de uma microponte de isolamento térmico MEMS, e está conectado ao circuito de leitura COMS fabricado no substrato de silício através de uma estrutura de suporte;
c): O circuito CMOS converte a mudança do valor da resistência do termistor em uma corrente diferencial e realiza amplificação integral. Depois da amostragem, o valor de cinza de um único pixel na imagem térmica infravermelha é obtido.
Parâmetros-chave que afetam o desempenho
1. Taxa de resposta:
Refere-se à relação entre o sinal de saída e a potência de radiação infravermelha de entrada. Quanto maior a taxa de resposta, melhor será o desempenho do detector.
2. Faixa de comprimento de onda de resposta:
Não resfriado (sensível ao calor) detectores infravermelhos não têm seletividade para o comprimento de onda de resposta, e mostram a mesma sensibilidade à luz incidente de vários comprimentos de onda. Geralmente trabalhando em temperatura ambiente, a sensibilidade é baixa, e o tempo de resposta também é longo.
3. Barulho:
O ruído vem de alguns processos físicos básicos no detector infravermelho, mesmo na ausência de radiação incidente, haverá barulho. O ruído afetará a precisão da detecção do detector infravermelho, quanto menor o ruído, melhor será o desempenho do detector.
O ruído do detector inclui principalmente ruído de corrente escura e ruído de fotoelétrons. O principal método para reduzir o ruído da corrente escura é diminuir a temperatura da temperatura ambiente para a temperatura do nitrogênio líquido, e o ruído atual escuro pode ser reduzido por 50%.
4. A relação sinal-ruído(SNR):
Refere-se à relação entre a tensão de saída do sinal gerada pela radiação incidente e a tensão de saída de ruído ao mesmo tempo. Quanto maior a relação sinal-ruído do dispositivo, quanto menor o ruído, e vice versa. Portanto, quanto maior a relação sinal-ruído, o melhor.
5. Potência equivalente de ruído:
Quando a tensão de saída gerada pela radiação incidente é exatamente igual à tensão de ruído do próprio detector, a potência de radiação incidente neste momento é chamada de potência equivalente de ruído. Quanto menor for a potência equivalente de ruído do detector, o melhor.
6. Diferença de temperatura equivalente de ruído:
Isto se refere à diferença mínima de temperatura que o detector infravermelho pode detectar, quanto menor o valor, o melhor.
7. Taxa de detecção:
É o inverso da diferença de temperatura equivalente ao ruído. Quanto maior a taxa de detecção, o melhor.
Aplicativo
Os detectores infravermelhos não resfriados têm uma ampla gama de aplicações nos campos militar e comercial:
1. Campo militar
As aplicações no campo militar incluem Visão de Arma Térmica (TWS), Aprimoramento da visão portátil, Melhorador de visão do motorista (DOIS), Estação de Arma Remota (RWS), Veículo Aéreo Não Tripulado (UAV), Sensor de solo não tripulado(UGS), Veículo de comando de observação, Orientação e Controle de Foguetes, etc..
2. Campo de medição de temperatura de imagem térmica
A medição de temperatura por imagem térmica é usada para manutenção preditiva, como a detecção de áreas de aquecimento anormais através de câmeras térmicas infravermelhas em linhas de transmissão de energia, equipamento de geração de energia, e equipamentos mecânicos, que pode evitar grandes paralisações e acidentes. Em termos de inspeção de construção, é usado para detectar o efeito de isolamento das casas, fachadas de parede, esvaziamento, infiltração de água e mofo, etc.. Outras aplicações da termografia incluem desenvolvimento de produtos, fabricação de eletrônicos, medição de temperatura médica e controle de processo, etc., como mostrado na figura à direita.
3. Campo de aprimoramento da visão comercial
As principais aplicações do aprimoramento da visão comercial incluem combate a incêndio, vigilância, aprimoramento da visão infravermelha automotiva e marítima, etc., como mostrado na figura à esquerda. Utiliza principalmente as vantagens da imagem infravermelha sem fonte de luz externa, forte capacidade de penetrar na fumaça, longo alcance, forte contraste de imagem, etc., para complementar eficazmente a visão humana.
4. Eletrônicos de consumo
Devido à ampla aplicação e taxa de penetração extremamente alta de sensores de imagem de luz visível em produtos eletrônicos de consumo, como telefones celulares, as pessoas têm grandes expectativas para a aplicação de imagens infravermelhas em produtos eletrônicos de consumo. A aplicação em larga escala da tecnologia de imagem térmica infravermelha em produtos eletrônicos de consumo é atualmente limitada principalmente pelo custo e pelo volume. Atualmente, FLIR e Seek Thermal lançam equipamentos de imagem térmica voltados para o consumidor, o que também faz com que as pessoas anseiem por mais aplicações de sensores infravermelhos de imagem térmica na área de eletrônicos de consumo.