Разница между инфракрасными тепловыми детекторами, оксидом ванадия (VOX) и поликремнием

Инфракрасный тепловизор в основном состоит из трех частей: детектора, процессора сигнала и оптической системы. Основным компонентом этого является инфракрасный детектор.

Инфракрасные детекторы

Основными технологиями инфракрасных детекторов являются американский оксид ванадия (VOX) и французский поликремний. Из рисунка этих двух, VOX лучше поликремния, рисунок тонкий и многослойный. На экране поликремния будут небольшие вертикальные полосы. Что касается эффекта использования, то можно использовать тот же уровень поликремния, который, как ожидается, увидит оксид ванадия. Однако с точки зрения цены, как правило, можно получить производительность 90% поликремния с движением оксида ванадия по цене 60%. Это преимущество поликремния.

Детектор, используемый FLIR, представляет собой инфракрасный детектор на основе оксида ванадия собственной разработки. В Китае из-за ограничений внедрения технологий стоимость детекторов на основе оксида ванадия относительно высока, а открытость технологии низкая. Отечественные компании самостоятельно разработали детекторы, но они не так хороши, как импортное оборудование с точки зрения эффективности и качества. Стоимость детектора определяет развитие отрасли инфракрасного тепловидения.

Инфракрасная тепловизионная линза

Объектив инфракрасной камеры обычно изготавливается из германиевого стекла. Показатель преломления этого стекла очень высок. Он прозрачен только для инфракрасного света, но непрозрачен для видимого света и ультрафиолетового света, поэтому он может разделять растения и животных в очень темной среде. Объектив обычной камеры изготавливается из оптического стекла, и его основная функция заключается в преломлении света, что также можно назвать увеличением объектов. Обычное оптическое стекло синтезируется искусственно. Объективы инфракрасной тепловизионной камеры сравниваются с обычными германиевыми рассеянными металлическими элементами, используемыми в обычных объективах камеры. Хотя запасы в природе не низкие, извлечение высококонцентрированного германия очень сложно. Поэтому себестоимость германиевых линз выше, и они продаются на рынке. Цена часто выше, чем у обычных объективов камеры.

Важные параметры инфракрасного тепловидения

Как типичное высококлассное прикладное оборудование, с постоянным совершенствованием производственного процесса, производительность всех аспектов инфракрасной камеры сегодня значительно улучшена. Ниже приведено систематическое введение в основные параметры инфракрасной камеры.

Тип детектора: Основная технология механизма — американский оксид ванадия (VOX) и французский поликремний. Из рисунка этих двух, VOX определенно лучше поликремния, картинка нежная и слоистая. На экране из поликремния будут небольшие вертикальные полосы. Что касается эффекта использования, можно использовать тот же уровень поликремния, который, как ожидается, увидит оксид ванадия. Однако с точки зрения цены, как правило, можно получить производительность 90% поликремния с механизмом из оксида ванадия по цене 60%. Это преимущество поликремния. Шаг пикселя: чем меньше шаг пикселя, тем больше будет пикселей, и тем больше будет поле зрения при использовании объектива с тем же фокусным расстоянием. В целом, 17UM — наименьший, эффект наилучший, за ним следуют 25UM и 35UM. Как правило, 25UM достаточно. Чем меньше шаг пикселя, тем выше тепловая чувствительность.

Температурная чувствительность

Ее можно просто определить как минимальную температуру, при которой прибор или наблюдатель может точно отличить целевое излучение от фона. Чем меньше значение тепловой чувствительности, тем выше тепловая чувствительность. Кроме того, чем выше тепловая чувствительность, тем ярче изображение.

Поле зрения

Это аббревиатура для поля зрения оптической системы, которое представляет собой пространственный диапазон, который может быть отображен в полевой диафрагме плоскости изображения оптической системы. Когда объект расположен в любой точке (в пределах определенного расстояния) в конусе с оптической осью в качестве оси и углом при вершине в качестве поля зрения, он может быть обнаружен оптической системой, то есть изображение отображается в полевой диафрагме плоскости изображения оптической системы. Максимальный угол раскрытия пространства объекта, который тело может отобразить в тепловизионной камере, называется полем зрения, которое обычно является полем зрения матрицы ao×βo. Аналогично концепции эффективных пикселей ПЗС-камеры. Чем больше поле зрения, тем выше четкость изображения.

Спектральный отклик

Это относится к диапазону реагирования тепловизионной камеры на инфракрасный спектр. Обычно существует два диапазона реагирования: средний инфракрасный спектр и дальний инфракрасный спектр. Дальний инфракрасный спектр (8,0-14,0 мкм) лучше, поскольку длина волны среднего инфракрасного спектра (3,0-8,0 мкм) относительно коротка, и ей нелегко проникнуть через некоторые материалы, что в конечном итоге делает невозможным нормальное изображение.

Диапазон температур поля

Диапазон температур поля относится к самой высокой температуре, которую может воспринимать тепловизионная камера. Как только объект превысит эту температуру, камера не сможет давать изображения краев. Это похоже на явление перенасыщения светом обычных ПЗС-камер. Чем выше диапазон температур, тем шире динамический диапазон изображения тепловизионной камеры.

Для того чтобы облегчить читателям определение вышеуказанных параметров, возьмем в качестве примера параметры определенной серии тепловизионных камер FLIR:

Тип детектора: неохлаждаемый оксид ванадия; шаг пикселя: 17 или 25 мкм; термочувствительность: <50 мк;

Поле зрения (формат матрицы): 320×240;

Спектральный отклик (спектральный отклик): 7,5–13,5 мкм, индукция в дальнем инфракрасном диапазоне (LWIR); диапазон температур сцены: до 150°C, до 560°C (опционально);

Другие важные параметры

1. Частота кадров Частота кадров относится к числу изображений, которые могут быть захвачены, обработаны и отображены тепловизором в течение 1 секунды. Чем быстрее отклик датчика и чем выше скорость обработки внутренней схемы, тем большей частоты кадров можно достичь. Тепловизор с высокой частотой кадров подходит для захвата распределения температурного поля высокоскоростных объектов. Он больше подходит для научных исследований и военных разработок.
2. Массив пикселей и шаг пикселя Современные инфракрасные тепловизоры — это неохлаждаемые детекторы фокальной плоскости. В процессе производства массив сенсорных блоков обрабатывается на материалах из оксида ванадия или поликремния. Между каждым блоком находится массив сенсорных блоков. Определенный интервал.
3. Точность измерения температуры Точность — это процентное отношение максимальной погрешности измерения температуры инфракрасным тепловизором к диапазону прибора, когда тепловизор скорректирован с учетом окружающей среды, температуры, влажности, расстояния и коэффициента излучения.
4. Режим отображения Этот пункт, по мнению профессионалов, обычно относится к тому, будет ли изображение на экране тепловизора черно-белым или псевдоцветным.
5. Диапазон измерения температуры Для тепловизионных камер при нормальной работе всегда будет определенный диапазон измерения температуры, который относится к диапазону минимальных и максимальных значений температуры для температуры измерения. 6. Температурное разрешение Температурное разрешение конкретно относится к важному параметрическому индексу инфракрасного тепловизора. Температурное разрешение относится к чувствительности детектора к изменению температуры измеряемого объекта. Чем меньше температурное разрешение, тем лучше. Измерение и измерение температурного разрешения выполняются при определенных условиях.

Сегодня я в основном объясню вам основную технологию механизма — разницу между американским оксидом ванадия (VOX) и французским поликремнием.

Неохлаждаемый тепловизор с использованием детектора фокальной плоскости из оксида ванадия является относительно новым типом тепловизора в Китае. По сравнению с поликремниевым, детектор фокальной плоскости из оксида ванадия имеет лучшее качество изображения и чувствительность и может лучше соответствовать различным требованиям. В прошлом тепловизионные камеры отечественного производства в основном использовали поликремниевые болометры.

Характеристики поликремниевого инфракрасного детектора
Поликремний — это форма элементарного кремния. Когда расплавленный элементарный кремний затвердевает в условиях переохлаждения, атомы кремния выстраиваются во множество кристаллических зародышей в форме алмазной решетки. Если эти кристаллические зародыши вырастают в кристаллические зерна с различной ориентацией кристаллических плоскостей, эти кристаллические зерна объединяются и кристаллизуются в поликремний. Поликремний известен как «краеугольный камень» микроэлектронной промышленности и фотоэлектрической промышленности. Это высокотехнологичный продукт, который охватывает множество дисциплин и областей, таких как химическая промышленность, металлургия, машиностроение, электроника и т. д. Он является важной основой для полупроводниковой, крупномасштабной интегральной схемы и индустрии солнечных элементов. Сырье является чрезвычайно важным промежуточным продуктом в цепочке производства кремниевой продукции. Уровень его разработки и применения стал важным показателем всеобъемлющей национальной мощи страны, национальной обороноспособности и уровня модернизации. Понятно, что в настоящее время существует очень мало отечественных производителей поликремниевой продукции, которые далеки от того, чтобы соответствовать быстрому развитию отечественной микроэлектронной промышленности и индустрии солнечных элементов. С развитием в моей стране отраслей по производству интегральных схем, кремниевых пластин и солнечных батарей поликремний пользуется огромным спросом на внутреннем и международном рынках, и цена на поликремний продолжает расти.

Характеристики инфракрасного детектора на основе оксида ванадия

(1) Принять усовершенствованный неохлаждаемый болометр (оксид ванадия) с фокусирующим детектором фокальной плоскости;

(2) Размер детектора составляет 324×256, что лучше соответствует требованиям системы телевидения PAL;

(3) Площадь одного светочувствительного элемента детектора мала (шаг 38 мкм), что позволяет уменьшить объем и вес тепловизионной системы;

(4) Чувствительность детектора выше. При f/1.6 NETD может достигать 85 мК. При f/1.0 его NETD эквивалентен 35 мК, что близко к общему охлаждаемому детектору. Поэтому тепловизор имеет более высокую дальность обнаружения и распознавания;

(5) Внутри используется хорошая схема компенсации неоднородности, поэтому нет необходимости использовать термоэлектрический охладитель (TEC) для стабилизации рабочей температуры фокальной плоскости. В диапазоне рабочих температур (-40~+75℃) тепловое изображение прибора имеет хорошую однородность изображения и динамический диапазон;

(6) Поскольку TEC не используется, тепловизор имеет две основные характеристики: быстрый запуск и низкое энергопотребление. При времени вождения 2 с тепловизор можно включить и использовать в любое время без ожидания. Потребляемая мощность ядра тепловизионной камеры может быть снижена до 1,5 Вт, что продлевает время работы батареи; (7) С функцией 2-кратного цифрового зума;

(8) Новая возможность обработки изображений повышает четкость изображения и позволяет выводить псевдоцветные изображения.

Короче говоря, главное преимущество детекторов на основе оксида ванадия заключается в том, что они имеют более высокую эффективность фотоэлектрического преобразования для инфракрасного света. По сравнению с детекторами на основе поликремния они имеют более высокое отношение сигнал/шум и сильную защиту от света. Детектор на основе оксида ванадия имеет хорошую температурную стабильность, длительный срок службы и малый температурный дрейф.

Движение на основе оксида ванадия имеет лучшее качество изображения и чувствительность, чем движение на основе поликремния, поэтому тепловизор имеет более высокое расстояние обнаружения и распознавания. Низкое энергопотребление, быстрый запуск и готовность к использованию после загрузки. Четкость изображения в 3 раза выше, чем у движения на основе поликремния. Чувствительность обнаружения температуры у оксида ванадия может достигать 0,03 ℃, в то время как движение на основе поликремния может достигать только 0,1 ℃. В то же время движение на основе оксида ванадия длиннее и долговечнее, чем движение на основе поликремния. Неохлаждаемый тепловизор, использующий детектор фокальной плоскости на основе оксида ванадия, является относительно новым типом тепловизора в Китае. По сравнению с поликремнием материал на основе оксида ванадия имеет лучшее качество изображения и чувствительность и может лучше соответствовать различным требованиям. В прошлом тепловизионные камеры отечественного производства в основном использовали поликремний.

Однако многие производители используют индикаторы, чтобы ввести потребителей в заблуждение. Поскольку детекторы из оксида ванадия обычно имеют размер 336X256 пикселей, а детекторы из поликремния обычно имеют номинальный размер 384X288 пикселей, то с точки зрения показателей продукта детекторы из поликремния имеют более высокие показатели, чем детекторы из оксида ванадия. Но на самом деле, судя по эффекту сравнения выше, детектор из оксида ванадия с той же линзой намного лучше детектора из поликремния.
　　

Например, двухдиапазонная тепловизионная система, предназначенная для измерения температуры и оповещения о лесных пожарах, обычно размещается в лесу и других полевых условиях, поэтому к ней предъявляются более высокие требования по качеству и эффекту движения. Если использовать недорогое поликремниевое движение, оно может не подойти для дикой природы. Суровые условия изменятся, и источник возгорания не может быть обнаружен вовремя, когда разница температур невелика, что приведет к большим потерям в лесной зоне. Поэтому движение на основе оксида ванадия в конечном итоге используется для решения этих проблем.
　

В дополнение к этим по сравнению с поликремнием, сам механизм из оксида ванадия также имеет некоторые уникальные преимущества: внутри используется хорошая схема компенсации неоднородности, поэтому нет необходимости использовать термоэлектрический охладитель (TEC) для стабилизации рабочей температуры фокальной плоскости. В рабочем диапазоне температур (-40~+75℃) тепловизор имеет хорошую однородность изображения и динамический диапазон; поскольку TEC не используется, тепловизор имеет две характеристики: быстрый запуск и низкое энергопотребление. При времени вождения 2 с тепловизор можно включать и использовать в любое время без ожидания. Потребляемая мощность ядра тепловизионной камеры может быть снижена до 1,5 Вт и имеет функцию 2-кратного цифрового зума.

С развитием технологии тепловидения требования людей становятся все выше и выше, и существуют почти строгие требования к разнице температур, долговечности движения и четкости изображения. Традиционный поликремниевый механизм использовался в оборудовании безопасности. Он не является доминирующим, а оксид ванадия может компенсировать недостатки поликремниевого механизма и имеет свои собственные уникальные преимущества. Он уже занял центральное место на рынке безопасности.