Der Unterschied zwischen Infrarot-Wärmedetektoren, Vanadiumoxid (VOX) und Polysilizium

Die Infrarot-Wärmebildkamera besteht im Wesentlichen aus drei Teilen: dem Detektor, dem Signalprozessor und dem optischen System. Die Kernkomponente davon ist der Infrarotdetektor.

Infrarot-Detektoren

Die Haupttechnologien für Infrarotdetektoren sind amerikanisches Vanadiumoxid (VOX) und französisches Polysilizium. Auf dem Bild der beiden ist VOX besser als Polysilizium, das Bild ist fein und geschichtet. Auf dem Polysiliziumbildschirm werden leichte vertikale Streifen zu sehen sein. Was die Wirkung der Verwendung betrifft, kann dieselbe Menge an Polysilizium verwendet werden, die bei Vanadiumoxid zu erwarten ist. In Bezug auf den Preis ist es jedoch im Allgemeinen möglich, die Leistung von 90% Polysilizium mit einer Vanadiumoxidbewegung zum Preis von 60% zu erzielen. Dies ist der Vorteil von Polysilizium.

Der von FLIR verwendete Detektor ist ein selbst entwickelter Vanadiumoxid-Infrarotdetektor. In China sind die Kosten für Vanadiumoxiddetektoren aufgrund der Beschränkungen bei der Einführung von Technologien relativ hoch und die Offenheit der Technologie gering. Inländische Unternehmen haben unabhängig voneinander Detektoren entwickelt, aber sie sind in Bezug auf Wirkung und Qualität nicht so gut wie importierte Geräte. Die Kosten des Detektors bestimmen die Entwicklung der Infrarot-Wärmebildindustrie.

Das Infrarot-Wärmebildobjektiv

Das Objektiv einer Infrarotkamera besteht normalerweise aus Germaniumglas. Der Brechungsindex dieses Glases ist sehr hoch. Es ist nur für Infrarotlicht durchlässig, aber für sichtbares Licht und ultraviolettes Licht undurchsichtig, sodass es Pflanzen und Tiere in einer sehr dunklen Umgebung unterscheiden kann. Das Objektiv einer gewöhnlichen Kamera besteht aus optischem Glas und seine Hauptfunktion besteht darin, Licht zu brechen, was auch als Vergrößerung von Objekten bezeichnet werden kann. Gewöhnliches optisches Glas wird künstlich synthetisiert. Die Objektive von Infrarot-Wärmebildkameras werden mit den üblichen Germanium-Streumetallelementen verglichen, die in gewöhnlichen Kameraobjektiven verwendet werden. Obwohl die Vorkommen in der Natur nicht gering sind, ist die Gewinnung von hochkonzentriertem Germanium sehr schwierig. Daher sind die Produktionskosten von Germaniumobjektiven höher und sie werden auf dem Markt verkauft. Der Preis ist oft höher als der von gewöhnlichen Kameraobjektiven.

Wichtige Parameter der Infrarot-Wärmebildgebung

Als typisches High-End-Anwendungsgerät wurde die Leistung aller Aspekte der Infrarotkamera heute durch die kontinuierliche Verbesserung des Herstellungsprozesses deutlich verbessert. Hier finden Sie eine systematische Einführung in die wichtigsten Parameter der Infrarotkamera.

Detektortyp: Die Haupttechnologie der Bewegung ist amerikanisches Vanadiumoxid (VOX) und französisches Polysilizium. Auf dem Bild der beiden ist VOX definitiv besser als Polysilizium, das Bild ist fein und geschichtet. Auf dem Polysilizium-Bildschirm werden leichte vertikale Streifen auftreten. Was die Nutzungswirkung betrifft, kann dieselbe Menge an Polysilizium verwendet werden, die bei Vanadiumoxid zu erwarten ist. In Bezug auf den Preis ist es jedoch im Allgemeinen möglich, die Leistung von 90% von Polysilizium mit einer Vanadiumoxid-Bewegung zum Preis von 60% zu erzielen. Dies ist der Vorteil von Polysilizium. Pixelabstand: Je kleiner der Pixelabstand, desto mehr Pixel gibt es und desto größer ist das Sichtfeld, wenn die Linse mit derselben Brennweite verwendet wird. Insgesamt ist 17UM am kleinsten und hat die beste Wirkung, gefolgt von 25UM und 35UM. Im Allgemeinen sind 25UM ausreichend. Je kleiner der Pixelabstand, desto höher die thermische Empfindlichkeit.

Thermische Empfindlichkeit

Sie kann einfach als die Mindesttemperatur definiert werden, bei der das Instrument oder der Beobachter die Zielstrahlung genau vom Hintergrund unterscheiden kann. Je kleiner der thermische Empfindlichkeitswert ist, desto höher ist die thermische Empfindlichkeit. Darüber hinaus ist das Bild umso heller, je höher die thermische Empfindlichkeit ist.

Sichtfeld

Es ist die Abkürzung für das Sichtfeld des optischen Systems und stellt den räumlichen Bereich dar, der in der Feldblende der Bildebene des optischen Systems abgebildet werden kann. Wenn sich das Objekt an einem beliebigen Punkt (innerhalb einer bestimmten Entfernung) im Kegel mit der optischen Achse als Achse und dem Scheitelwinkel als Sichtfeld befindet, kann es vom optischen System gefunden werden, d. h. das Bild wird in der Feldblende der Bildebene des optischen Systems abgebildet. Der maximale Öffnungswinkel des Objektraums, den der Körper in der Wärmebildkamera abbilden kann, wird als Sichtfeld bezeichnet, was im Allgemeinen das Sichtfeld der ao×βo-Matrix ist. Ähnlich dem Konzept der effektiven Pixel einer CCD-Kamera. Je größer das Sichtfeld, desto höher die Bildschärfe.

Spektrale Reaktion

Dies bezieht sich auf den Reaktionsbereich der Wärmebildkamera auf das Infrarotspektrum. Normalerweise gibt es zwei Reaktionsbereiche des mittleren Infrarotspektrums und des fernen Infrarotspektrums. Das ferne Infrarotspektrum (8,0–14,0 μm) ist besser, da die Wellenlänge des mittleren Infrarotspektrums (3,0–8,0 μm) relativ kurz ist und es nicht leicht ist, einige Materialien zu durchdringen, was es am Ende unmöglich macht, normale Bilder zu erstellen.

Feldtemperaturbereich

Der Feldtemperaturbereich bezieht sich auf die höchste Temperatur, bei der die Wärmebildkamera Bilder erfassen kann. Sobald das Objekt diese Temperatur überschreitet, kann die Kamera keine Randbilder mehr liefern. Dies ähnelt dem Phänomen der Lichtübersättigung bei gewöhnlichen CCD-Kameras. Je höher der Temperaturbereich, desto größer ist der Bilddynamikbereich der Wärmebildkamera.

Um es dem Leser zu erleichtern, die oben genannten Parameter zu identifizieren, betrachten wir als Beispiel die Parameter einer bestimmten Serie von FLIR-Wärmebildkameras:

Detektortyp: ungekühltes Vanadiumoxid; Pixelabstand: 17 oder 25 μm; thermische Empfindlichkeit: <50 mk;

Sichtfeld (Array-Format): 320×240;

Spektrale Reaktion (Spektrumsreaktion): 7,5–13,5 μm, Ferninfrarot-Induktion (LWIR); Szenentemperaturbereich: bis zu 150 °C, bis zu 560 °C (optional);

Andere wichtige Parameter

1. Bildrate Die Bildrate bezieht sich auf die Anzahl der Bilder, die von der Wärmebildkamera innerhalb von 1 Sekunde aufgenommen, verarbeitet und angezeigt werden können. Je schneller die Sensorreaktion und je höher die Verarbeitungsgeschwindigkeit des internen Schaltkreises, desto höher ist die erreichbare Bildrate. Die Wärmebildkamera mit hoher Bildrate eignet sich zum Erfassen der Temperaturfeldverteilung von Hochgeschwindigkeitsobjekten. Sie eignet sich besser für wissenschaftliche und militärische Forschung.
2. Pixelanordnung und Pixelabstand Die aktuellen Infrarot-Wärmebilddetektoren sind ungekühlte Fokalebenendetektoren. Während des Produktionsprozesses wird eine Anordnung von Sensoreinheiten auf Vanadiumoxid- oder Polysiliziummaterialien verarbeitet. Zwischen jeder Einheit befindet sich eine Anordnung von Sensoreinheiten. Ein bestimmter Abstand.
3. Genauigkeit der Temperaturmessung: Die Genauigkeit bezeichnet den Prozentsatz des Verhältnisses des maximalen Fehlers der Temperaturmessung der Infrarot-Wärmebildkamera zum Instrumentenbereich, wenn die Wärmebildkamera hinsichtlich Umgebung, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Entfernung und Emissionsgrad korrigiert wird.
4. Anzeigemodus: Dieser Punkt bezieht sich laut Experten meist darauf, ob die Anzeige auf dem Bildschirm der Wärmebildkamera schwarz-weiß oder in Falschfarbe erfolgt.
5. Temperaturmessbereich Bei Wärmebildkameras gibt es im Normalbetrieb immer einen bestimmten Temperaturmessbereich, der sich auf den Bereich der minimalen und maximalen Temperaturwerte für die Messtemperatur bezieht. 6. Temperaturauflösung Die Temperaturauflösung bezieht sich speziell auf den wichtigen Parameterindex der Infrarot-Wärmebildkamera. Die Temperaturauflösung bezieht sich auf die Empfindlichkeit des Detektors gegenüber Temperaturänderungen des Messobjekts. Je kleiner die Temperaturauflösung, desto besser. Die Messung und die Messung der Temperaturauflösung erfolgen unter bestimmten Bedingungen.

Heute erkläre ich Ihnen hauptsächlich die Haupttechnologie des Uhrwerks, nämlich den Unterschied zwischen amerikanischem Vanadiumoxid (VOX) und französischem Polysilizium.

Die ungekühlte Wärmebildkamera mit dem Vanadiumoxid-Focal-Plane-Detektor ist ein relativ neuer Wärmebildkameratyp in China. Im Vergleich zu Polysilizium hat der Vanadiumoxid-Focal-Plane-Detektor eine bessere Bildqualität und Empfindlichkeit und kann verschiedene Anforderungen besser erfüllen. In der Vergangenheit wurden inländische Wärmebildkameras hauptsächlich mit Polysilizium-Bolometern hergestellt.

Merkmale des Polysilizium-Infrarotdetektors
Polysilizium ist eine Form von elementarem Silizium. Wenn geschmolzenes elementares Silizium unter Unterkühlungsbedingungen erstarrt, werden Siliziumatome in Form eines Diamantgitters in vielen Kristallkernen angeordnet. Wenn diese Kristallkerne zu Kristallkörnern mit unterschiedlichen Kristallebenenorientierungen heranwachsen, kristallisieren diese Kristallkörner zusammen zu Polysilizium. Polysilizium gilt als „Eckpfeiler“ der Mikroelektronikindustrie und der Photovoltaikindustrie. Es ist ein Hightech-Produkt, das mehrere Disziplinen und Bereiche wie die chemische Industrie, Metallurgie, Maschinenbau, Elektronik usw. umfasst. Es ist eine wichtige Grundlage für die Halbleiter-, großskalige integrierte Schaltkreis- und Solarzellenindustrie. Rohstoffe sind äußerst wichtige Zwischenprodukte in der Siliziumprodukt-Industriekette. Sein Entwicklungs- und Anwendungsniveau ist zu einem wichtigen Indikator für die umfassende nationale Stärke, die nationale Verteidigungsstärke und das Modernisierungsniveau eines Landes geworden. Es ist verständlich, dass es derzeit nur sehr wenige inländische Hersteller von Polysiliziumprodukten gibt, die bei weitem nicht in der Lage sind, mit der rasanten Entwicklung der inländischen Mikroelektronikindustrie und Solarzellenindustrie Schritt zu halten. Mit der Entwicklung der integrierten Schaltkreise, der Silizium-Wafer-Produktion und der Solarzellenindustrie in meinem Land besteht auf dem inländischen und internationalen Markt eine enorme Nachfrage nach Polysilizium, und der Preis für Polysilizium steigt weiter an.

Merkmale des Vanadiumoxid-Infrarotdetektors

(1) Verwendung eines modernen ungekühlten Bolometers (Vanadiumoxid) mit starrem Fokalebenendetektor;

(2) Die Größe des Detektors beträgt 324 × 256, wodurch er den Anforderungen des PAL-TV-Systems besser gerecht wird.

(3) Die Fläche eines einzelnen lichtempfindlichen Elements des Detektors ist klein (38 μm Abstand), wodurch das Volumen und das Gewicht des Wärmebildsystems verringert werden können.

(4) Die Empfindlichkeit des Detektors ist höher. Bei f/1,6 kann die NETD 85 mK erreichen. Bei f/1,0 entspricht die NETD 35 mK, was einem allgemeinen gekühlten Detektor nahe kommt. Daher hat die Wärmebildkamera eine höhere Erkennungs- und Erkennungsdistanz;

(5) Im Inneren wird eine gute Schaltung zur Kompensation von Ungleichmäßigkeiten verwendet, sodass kein thermoelektrischer Kühler (TEC) erforderlich ist, um die Arbeitstemperatur der Brennebene zu stabilisieren. Im Arbeitstemperaturbereich von (-40 bis +75 °C) weist das Wärmebildinstrument eine gute Bildgleichmäßigkeit und einen guten Dynamikbereich auf.

(6) Da der TEC nicht verwendet wird, zeichnet sich die Wärmebildkamera durch einen schnellen Start und einen geringen Stromverbrauch aus. Mit einer Betriebszeit von 2 s kann die Wärmebildkamera jederzeit ohne Wartezeit eingeschaltet und verwendet werden. Der Stromverbrauch des Wärmebildkamerakerns kann auf 1,5 W reduziert werden, was die Betriebszeit der Batterie verlängert; (7) Mit 2-facher Digitalzoomfunktion;

(8) Die neue Bildverarbeitungsfunktion verbessert die Klarheit des Bildes und kann Pseudofarbbilder ausgeben

Kurz gesagt besteht der Hauptvorteil von Vanadiumoxid-Detektoren darin, dass sie eine höhere photoelektrische Umwandlungseffizienz für Infrarotlicht aufweisen. Im Vergleich zu Polysilizium-Detektoren haben sie ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis und einen starken Lichtschutz. Der Vanadiumoxid-Detektor hat eine gute Temperaturstabilität, eine lange Lebensdauer und einen geringen Temperaturdrift.

Die Vanadiumoxid-Bewegung hat eine bessere Bildqualität und Empfindlichkeit als die Polysilizium-Bewegung, sodass die Wärmebildkamera eine höhere Erkennungs- und Erkennungsdistanz hat. Niedriger Stromverbrauch, schnelles Hochfahren und nach dem Booten einsatzbereit. Die Bildauflösung ist dreimal so hoch wie bei einer Polysilizium-Bewegung. Die Temperaturerkennungsempfindlichkeit von Vanadiumoxid kann 0,03 °C erreichen, während die Polysilizium-Bewegung nur 0,1 °C erreichen kann. Gleichzeitig ist die Vanadiumoxid-Bewegung langlebiger und haltbarer als die Polysilizium-Bewegung. Die ungekühlte Wärmebildkamera mit dem Vanadiumoxid-Brennebenendetektor ist ein relativ neuer Wärmebildkameratyp in China. Im Vergleich zu Polysilizium hat Vanadiumoxid die bessere Bildqualität und Empfindlichkeit und kann verschiedene Anforderungen besser erfüllen. In der Vergangenheit wurde für im Inland produzierte Wärmebildkameras hauptsächlich Polysilizium verwendet.

Viele Hersteller verwenden jedoch Indikatoren, um Verbraucher in die Irre zu führen. Da Vanadiumoxiddetektoren im Allgemeinen 336 x 256 Pixel groß sind, während Polysiliziumdetektoren im Allgemeinen nominell 384 x 288 Pixel groß sind, haben Polysiliziumdetektoren in Bezug auf die Produktindikatoren höhere Indikatoren als Vanadiumoxiddetektoren. Tatsächlich ist der Vanadiumoxiddetektor mit derselben Linse jedoch nach dem obigen Vergleichseffekt weitaus besser als der Polysiliziumdetektor.
　　

Beispielsweise wird Dualband-Wärmebildgebung, die zur Temperaturmessung und Warnung für den Waldbrandschutz dient, im Allgemeinen im Wald und anderen Feldumgebungen eingesetzt, sodass höhere Anforderungen an die Qualität und Wirkung der Bewegung gestellt werden. Wenn eine kostengünstige Polysiliziumbewegung verwendet wird, ist sie möglicherweise nicht für die Wildnis geeignet. Die raue Umgebung ändert sich und die Brandquelle kann nicht rechtzeitig gefunden werden, wenn der Temperaturunterschied nicht groß ist, was zu schweren Verlusten im Waldgebiet führt. Daher wird die Vanadiumoxidbewegung schließlich verwendet, um diese Probleme zu lösen.
　

Darüber hinaus bietet die Vanadiumoxid-Bewegung im Vergleich zu Polysilizium auch einige einzigartige Vorteile: Im Inneren wird eine gute Schaltung zur Kompensation von Ungleichmäßigkeiten verwendet, sodass kein thermoelektrischer Kühler (TEC) erforderlich ist, um die Arbeitstemperatur der Brennebene zu stabilisieren. Im Arbeitstemperaturbereich von (-40 bis +75 °C) weist die Wärmebildkamera eine gute Bildgleichmäßigkeit und einen guten Dynamikbereich auf. Da der TEC nicht verwendet wird, zeichnet sich die Wärmebildkamera durch einen schnellen Start und einen geringen Stromverbrauch aus. Mit einer Betriebszeit von 2 s kann die Wärmebildkamera jederzeit ohne Wartezeit eingeschaltet und verwendet werden. Der Stromverbrauch des Wärmebildkamerakerns kann auf 1,5 W reduziert werden und verfügt über eine 2-fache Digitalzoomfunktion.

Mit der Reife der Wärmebildtechnologie werden die Anforderungen der Menschen immer höher und es gibt nahezu strenge Anforderungen an den Temperaturunterschied, die Haltbarkeit der Bewegung und die Klarheit des Bildes. Die traditionelle Polysiliziumbewegung wurde in Sicherheitsgeräten verwendet. Sie ist nicht dominant, und Vanadiumoxid kann die Mängel der Polysiliziumbewegung ausgleichen und hat seine eigenen einzigartigen Vorteile. Es hat bereits eine zentrale Position auf dem Sicherheitsmarkt eingenommen.