Kızılötesi termal dedektörler, vanadyum oksit (VOX) ve polisilikon arasındaki fark

Kızılötesi termal görüntüleyici esas olarak üç parçadan oluşur: dedektör, sinyal işlemcisi ve optik sistem. Bunun çekirdek bileşeni kızılötesi dedektördür.

Kızılötesi Dedektörler

Kızılötesi dedektörlerin ana teknolojileri Amerikan vanadyum oksit (VOX) ve Fransız polisilikonudur. İkisinin resminden, VOX polisilikondan daha iyidir, resim hassas ve katmanlıdır. Polisilikon ekranda hafif dikey çizgiler olacaktır. Kullanım etkisine gelince, vanadyum oksitin görmesi beklenen aynı polisilikon seviyesi kullanılabilir. Ancak, fiyat açısından, genellikle 60% fiyatına vanadyum oksit hareketiyle polisilikonun 90% performansını elde etmek mümkündür. Bu, polisilikonun avantajıdır.

FLIR tarafından kullanılan dedektör, kendi geliştirdiği bir vanadyum oksit kızılötesi dedektörüdür. Çin'de, teknoloji tanıtımının kısıtlanması nedeniyle vanadyum oksit dedektörlerinin maliyeti nispeten yüksektir ve teknolojinin açıklığı düşüktür. Yerli şirketler bağımsız olarak dedektörler geliştirmiştir, ancak etki ve kalite açısından ithal ekipmanlar kadar iyi değildirler. Dedektörün maliyeti, kızılötesi termal görüntüleme endüstrisinin gelişimini belirler.

Kızılötesi termal görüntüleme merceği

Kızılötesi kamera lensi genellikle germanyum camından yapılır. Bu camın kırılma indisi çok yüksektir. Sadece kızılötesi ışığa karşı şeffaftır, ancak görünür ışık ve ultraviyole ışığa karşı opak olduğundan, çok karanlık bir ortamda bitkileri ve hayvanları ayırabilir. Sıradan bir kameranın lensi optik camdan yapılır ve ana işlevi ışığı kırmaktır, bu da nesneleri büyüttüğü de söylenebilir. Genel optik cam yapay olarak sentezlenir. Kızılötesi termal görüntüleme kamera lensleri, sıradan kamera lenslerinde kullanılan yaygın germanyum saçılmış metal elementlerle karşılaştırılır. Doğadaki rezervler düşük olmasa da, yüksek konsantrasyonlu germanyumun çıkarılması çok zordur. Bu nedenle, germanyum lenslerin üretim maliyeti daha yüksektir ve piyasada satılırlar. Fiyatı genellikle sıradan kamera lenslerinden daha yüksektir.

Kızılötesi termal görüntülemenin önemli parametreleri

Tipik üst düzey uygulama ekipmanı olarak, üretim sürecinin sürekli iyileştirilmesiyle, kızılötesi kameranın tüm yönlerinin performansı bugün önemli ölçüde iyileştirilmiştir. İşte kızılötesi kameranın ana parametrelerine sistematik bir giriş.

Dedektör tipi: Hareketin ana teknolojisi Amerikan vanadyum oksit (VOX) ve Fransız polisilikonudur. İkisinin resminden, VOX kesinlikle polisilikondan daha iyidir, resim hassas ve katmanlıdır. Polisilikon ekranda hafif dikey çizgiler olacaktır. Kullanım etkisine gelince, vanadyum oksidin görmesi beklenen aynı polisilikon seviyesi kullanılabilir. Ancak, fiyat açısından, genellikle 60% fiyatına vanadyum oksit hareketiyle polisilikonun 90% performansını elde etmek mümkündür. Bu, polisilikonun avantajıdır. Piksel aralığı: Piksel aralığı ne kadar küçükse, o kadar fazla piksel olacak ve aynı odak uzaklığına sahip lens kullanıldığında görüş alanı o kadar büyük olacaktır. Genel olarak, 17UM en küçüğüdür, etkisi en iyisidir, ardından 25UM ve 35UM gelir. Genellikle 25UM yeterlidir. Piksel aralığı ne kadar küçük olursa termal duyarlılık o kadar yüksek olur.

Termal hassasiyet

Basitçe, aletin veya gözlemcinin hedef radyasyonu arka plandan doğru bir şekilde ayırt edebildiği minimum sıcaklık olarak tanımlanabilir. Termal duyarlılık değeri ne kadar küçükse termal duyarlılık o kadar yüksektir. Ayrıca termal duyarlılık ne kadar yüksekse resim o kadar parlaktır.

Görüş alanı

Optik sistemin görüş alanı için kullanılan kısaltmadır ve optik sistemin görüntü düzleminin alan diyaframında görüntülenebilen uzaysal aralığı temsil eder. Nesne, optik eksen eksen ve tepe açısı görüş alanı olarak koninin herhangi bir noktasında (belirli bir mesafe içinde) bulunduğunda optik sistem tarafından bulunabilir, yani görüntü optik sistemin görüntü düzleminin alan diyaframında görüntülenir. Vücudun termal görüntüleme kamerasında görüntüleyebileceği nesne uzayının maksimum açılma açısına görüş alanı denir ve bu genellikle ao×βo matrisinin görüş alanıdır. Bir CCD kameranın etkin piksel kavramına benzer. Görüş alanı ne kadar büyükse görüntü netliği o kadar yüksek olur.

Spektral tepki

Bu, termal görüntüleme kamerasının kızılötesi spektruma verdiği tepki aralığını ifade eder. Genellikle orta kızılötesi spektrum ve uzak kızılötesi spektrumun iki tepki aralığı vardır. Uzak kızılötesi spektrum (8,0-14,0 μm) daha iyidir, çünkü orta kızılötesi spektrumun (3,0-8,0 μm) dalga boyu nispeten kısadır ve bazı malzemelere nüfuz etmesi kolay değildir, bu da sonunda normal şekilde görüntülemeyi imkansız hale getirir.

Saha sıcaklık aralığı

Alan sıcaklık aralığı, termal görüntüleme kamerasının algılayabileceği en yüksek sıcaklığı ifade eder. Nesne bu sıcaklığı aştığında, kamera kenar görüntüleri veremez. Bu, sıradan CCD kameraların ışık aşırı doygunluğu fenomenine benzer. Sıcaklık aralığı ne kadar yüksekse, termal görüntüleme kamerasının görüntü dinamik aralığı o kadar geniştir.

Okuyucuların yukarıdaki parametreleri tanımlamasını kolaylaştırmak için, belirli bir FLIR termal görüntüleme kamerası serisinin parametrelerini örnek olarak alalım:

Dedektör tipi: soğutulmamış vanadyum oksit; piksel aralığı: 17 veya 25μm; termal hassasiyet: <50mk;

Görüş alanı (dizi biçimi): 320×240;

Spektrum tepkisi (spektrum yanıtı): 7,5-13,5 μm, uzak kızılötesi indüksiyon (LWIR); sahne sıcaklık aralığı: 150°C'ye kadar, 560°C'ye kadar (isteğe bağlı);

Diğer önemli parametreler

1. Kare hızı Kare hızı, termal görüntüleyici tarafından 1 saniye içinde yakalanabilen, işlenebilen ve görüntülenebilen görüntü sayısını ifade eder. Sensör tepkisi ne kadar hızlı ve dahili devrenin işleme hızı ne kadar yüksek olursa, elde edilebilecek kare hızı da o kadar yüksek olur. Yüksek kare hızına sahip termal görüntüleyici, yüksek hızlı nesnelerin sıcaklık alanı dağılımını yakalamak için uygundur. Bilimsel araştırmalar ve askeri araştırmalar için daha uygundur.
2. Piksel dizisi ve piksel aralığı Mevcut kızılötesi termal görüntüleyici dedektörleri soğutulmamış odak düzlemi dedektörleridir. Üretim süreci sırasında, bir dizi sensör ünitesi vanadyum oksit veya polisilikon malzemeler üzerinde işlenir. Her ünite arasında bir dizi sensör ünitesi vardır. Belirli bir aralık.
3. Sıcaklık ölçüm doğruluğu Doğruluk, kızılötesi termal görüntüleyicinin sıcaklık ölçümünün maksimum hatasının, termal görüntüleyicinin ortam, sıcaklık, nem, mesafe ve emisivite için düzeltilmesi durumunda cihaz aralığına oranının yüzdesini ifade eder.
4. Görüntüleme modu Uzmanlara göre bu nokta, genellikle termal görüntüleme cihazının ekranındaki görüntünün siyah-beyaz mı yoksa yarı renkli mi olduğunu ifade eder.
5. Sıcaklık ölçüm aralığı Termal görüntüleme kameraları için normal çalışma sırasında her zaman belirli bir sıcaklık ölçüm aralığı olacaktır; bu, ölçüm sıcaklığı için minimum ve maksimum sıcaklık değerlerinin aralığını ifade eder. 6. Sıcaklık çözünürlüğü Sıcaklık çözünürlüğü, özellikle kızılötesi termal görüntüleyicinin önemli parametre endeksini ifade eder. Sıcaklık çözünürlüğü, dedektörün ölçülen nesnenin sıcaklık değişimine olan duyarlılığını ifade eder. Sıcaklık çözünürlüğü ne kadar küçükse o kadar iyidir. Sıcaklık çözünürlüğünün ölçülmesi ve ölçülmesi belirli koşullar altında yapılır.

Bugün sizlere mekanizmanın temel teknolojisinin Amerikan vanadyum oksit (VOX) ile Fransız polisilikon arasındaki fark olduğunu anlatacağım.

Vanadyum oksit odak düzlemi dedektörü kullanan soğutulmamış termal görüntüleyici, Çin'de nispeten yeni bir termal görüntüleyici türüdür. Polisilikon ile karşılaştırıldığında, vanadyum oksit odak düzlemi dedektörü daha iyi görüntü kalitesine ve hassasiyete sahiptir ve farklı gereksinimleri daha iyi karşılayabilir. Geçmişte, yerli üretim termal görüntüleme kameraları çoğunlukla polisilikon bolometreler kullanıyordu.

Polisilikon kızılötesi dedektörün özellikleri
Polisilikon, elementel silikonun bir biçimidir. Erimiş elementel silikon, aşırı soğutma koşulları altında katılaştığında, silikon atomları elmas kafes biçiminde birçok kristal çekirdeğine yerleştirilir. Bu kristal çekirdekleri farklı kristal düzlem yönelimlerine sahip kristal taneciklerine dönüşürse, bu kristal tanecikleri birleşerek polisilikon haline gelir. Polisilikon, mikroelektronik endüstrisinin ve fotovoltaik endüstrisinin "temel taşı" olarak bilinir. Kimya endüstrisi, metalurji, makine, elektronik vb. gibi birden fazla disiplini ve alanı kapsayan yüksek teknoloji ürünüdür. Yarı iletken, büyük ölçekli entegre devre ve güneş pili endüstrisi için önemli bir temeldir. Hammaddeler, silikon ürün endüstrisi zincirinde son derece önemli ara ürünlerdir. Gelişim ve uygulama düzeyi, bir ülkenin kapsamlı ulusal gücünün, ulusal savunma gücünün ve modernizasyon düzeyinin önemli bir göstergesi haline gelmiştir. Şu anda çok az sayıda yerli polisilikon ürünü üreticisinin olduğu ve bunların yerli mikroelektronik endüstrisinin ve güneş hücresi endüstrisinin hızlı gelişimini karşılayamayacak kadar uzak olduğu anlaşılmaktadır. Ülkemizin entegre devre, silikon gofret üretimi ve güneş hücresi endüstrilerinin gelişmesiyle birlikte, polisilikon iç ve dış pazarlarda büyük talep görmektedir ve polisilikon fiyatı artmaya devam etmektedir.

Vanadyum oksit kızılötesi dedektörün özellikleri

(1) Gelişmiş soğutulmamış bolometre (vanadyum oksit) başlangıç odak düzlemi dedektörünü benimseyin;

(2) Dedektörün boyutu 324×256'dır, bu da PAL TV sisteminin gereksinimlerini daha iyi karşılayabilir;

(3) Dedektörün tek bir ışığa duyarlı elemanının alanı küçüktür (38 μm aralık), bu da termal görüntüleme sisteminin hacmini ve ağırlığını azaltabilir;

(4) Dedektörün hassasiyeti daha yüksektir. f/1.6'da NETD 85mK'ye ulaşabilir. f/1.0'da NETD'si 35mK'ye eşdeğerdir, bu da genel bir soğutmalı dedektöre yakındır. Bu nedenle, termal görüntüleyici daha yüksek bir algılama ve tanıma mesafesine sahiptir;

(5) İçeride iyi bir düzensizlik telafi devresi kullanılmıştır, bu nedenle odak düzleminin çalışma sıcaklığını sabitlemek için bir termoelektrik soğutucu (TEC) kullanmaya gerek yoktur. (-40~+75℃) çalışma sıcaklığı aralığında, termal görüntü cihazı iyi görüntü düzgünlüğüne ve dinamik aralığa sahiptir;

(6) TEC kullanılmadığı için termal görüntüleyicinin iki önemli özelliği vardır: hızlı başlatma ve düşük güç tüketimi. 2 saniyelik sürüş süresiyle termal görüntüleyici beklemeden her an açılıp kullanılabilir. Termal görüntüleme kamera çekirdeğinin güç tüketimi 1,5 W'a düşürülebilir, bu da pilin çalışma süresini uzatır; (7) 2x dijital yakınlaştırma işleviyle;

(8) Yeni görüntü işleme yeteneği, görüntünün netliğini artırır ve sözde renkli görüntüler üretebilir.

Kısacası, vanadyum oksit dedektörlerinin temel avantajı, kızılötesi ışık için daha yüksek fotoelektrik dönüşüm verimliliğine sahip olmalarıdır. Polisilikon dedektörlerle karşılaştırıldığında, daha yüksek sinyal-gürültü oranına ve güçlü ışık korumasına sahiptirler. Vanadyum oksit dedektörü iyi sıcaklık kararlılığına, uzun ömre ve küçük sıcaklık kaymasına sahiptir.

Vanadyum oksit hareketi, polisilikon hareketinden daha iyi görüntü kalitesi ve hassasiyete sahiptir, böylece termal görüntüleyici daha yüksek bir algılama ve tanıma mesafesine sahiptir. Düşük güç tüketimi, hızlı başlatma ve önyüklemeden sonra kullanıma hazır. Görüntü tanımı, polisilikon hareketin 3 katıdır. Vanadyum oksidin sıcaklık algılama hassasiyeti 0,03℃'ye ulaşabilirken, polisilikon hareket yalnızca 0,1℃'ye ulaşabilir. Aynı zamanda, vanadyum oksit hareketi polisilikon hareketinden daha uzun ve daha dayanıklıdır. Vanadyum oksit odak düzlemi dedektörünü kullanan soğutulmamış termal görüntüleyici, Çin'de nispeten yeni bir termal görüntüleyici türüdür. Polisilikon ile karşılaştırıldığında, vanadyum oksit malzemesi daha iyi görüntü kalitesi ve hassasiyete sahiptir ve farklı gereksinimleri daha iyi karşılayabilir. Geçmişte, yurt içinde üretilen termal görüntüleme kameraları çoğunlukla polisilikon kullanıyordu.

Ancak birçok üretici tüketicileri yanıltmak için göstergeler kullanır. Çünkü vanadyum oksit dedektörleri genellikle 336X256 piksel iken, polisilikon dedektörleri genellikle nominal olarak 384X288 pikseldir, bu nedenle ürün göstergeleri açısından polisilikon dedektörleri vanadyum oksit dedektörlerinden daha yüksek göstergelere sahiptir. Ancak aslında, yukarıdaki karşılaştırma etkisinden yola çıkarak, aynı lense sahip vanadyum oksit dedektörü polisilikon dedektöründen çok daha iyidir.
　　

Örneğin, orman yangını koruması için sıcaklık ölçümü ve uyarısına ayrılmış çift bantlı termal görüntüleme genellikle orman ve diğer tarla ortamlarına yerleştirilir, bu nedenle hareketin kalitesi ve etkisi konusunda daha yüksek gereksinimleri vardır. Düşük maliyetli bir polisilikon hareket kullanılırsa, vahşi yaşam için uygun olmayabilir. Şiddetli ortam değişecek ve sıcaklık farkı büyük olmadığında yangın kaynağı zamanında bulunamayacak ve bu da orman alanında ağır kayıplara neden olacaktır. Bu nedenle, vanadyum oksit hareketi sonunda bu sorunları çözmek için kullanılır.
　

Bunlara ek olarak, polisilikon ile karşılaştırıldığında, vanadyum oksit hareketinin kendisi de bazı benzersiz avantajlara sahiptir: içeride iyi bir düzensizlik telafi devresi kullanılır, bu nedenle odak düzleminin çalışma sıcaklığını sabitlemek için bir termoelektrik soğutucu (TEC) kullanmaya gerek yoktur. (-40~+75℃) çalışma sıcaklığı aralığında, termal görüntüleyici iyi görüntü düzgünlüğüne ve dinamik aralığa sahiptir; TEC kullanılmadığı için termal görüntüleyici hızlı başlatma ve düşük güç tüketimi olmak üzere iki özelliğe sahiptir. 2 saniyelik bir sürüş süresiyle, termal görüntüleyici beklemeden herhangi bir zamanda açılıp kullanılabilir. Termal görüntüleme kamera çekirdeğinin güç tüketimi 1,5 W'a düşürülebilir ve 2x dijital yakınlaştırma işlevine sahiptir.

Termal görüntüleme teknolojisinin olgunlaşmasıyla birlikte, insanların gereksinimleri giderek artıyor ve sıcaklık farkı, hareketin dayanıklılığı ve görüntünün netliği için neredeyse katı gereksinimler var. Geleneksel polisilikon hareket güvenlik ekipmanlarında kullanılmıştır. Baskın değildir ve vanadyum oksit polisilikon hareketin eksikliklerini telafi edebilir ve kendine özgü avantajları vardır. Güvenlik pazarında zaten önemli bir konuma sahiptir.