เครื่องตรวจจับอินฟราเรดที่ไม่มีการระบายความร้อน

 

 

 

 

หลักการทำงาน

 

เครื่องตรวจจับระนาบโฟกัสอินฟราเรดที่ไม่มีการระบายความร้อนประกอบด้วย MEMS จำนวนมาก (ระบบเครื่องกลไฟฟ้าขนาดเล็ก) พิกเซลโครงสร้างไมโครบริดจ์จัดเรียงสองมิติซ้ำ ๆ บนระนาบโฟกัส, และแต่ละพิกเซลจะวัดการแผ่รังสีความร้อนที่มุมตกกระทบเฉพาะ. หลักการพื้นฐาน:

ก): รังสีอินฟราเรดจะถูกดูดซับโดยชั้นดูดซับอินฟราเรดในพิกเซลเพื่อทำให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลง, จึงเปลี่ยนค่าความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ซิลิคอนอสัณฐาน;

ข): เทอร์มิสเตอร์ซิลิคอนอสัณฐานได้รับการรองรับเหนือซับสเตรตซิลิกอนผ่านไมโครบริดจ์ฉนวนกันความร้อน MEMS, และเชื่อมต่อกับวงจรอ่านข้อมูล COMS ที่สร้างขึ้นบนพื้นผิวซิลิกอนผ่านโครงสร้างรองรับ;

ค): วงจร CMOS จะแปลงการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ให้เป็นกระแสดิฟเฟอเรนเชียลและทำการขยายสัญญาณแบบอินทิกรัล. หลังจากการสุ่มตัวอย่าง, จะได้ค่าสีเทาของพิกเซลเดียวในภาพความร้อนอินฟราเรด.

 

 

 

 

พารามิเตอร์หลักที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพ

1. อัตราการตอบสนอง:

มันหมายถึงอัตราส่วนของสัญญาณเอาท์พุตต่อกำลังรังสีอินฟราเรดอินพุต. ยิ่งมีอัตราการตอบกลับมากเท่าไร, ประสิทธิภาพของเครื่องตรวจจับก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น.

2. ช่วงความยาวคลื่นตอบสนอง:

ไม่ระบายความร้อน (ไวต่อความร้อน) เครื่องตรวจจับอินฟราเรดไม่มีการเลือกความยาวคลื่นตอบสนอง, และแสดงความไวต่อแสงที่ตกกระทบในช่วงความยาวคลื่นต่างๆ. โดยทั่วไปทำงานที่อุณหภูมิห้อง, ความไวต่ำ, และเวลาตอบสนองก็ยาวนานเช่นกัน.

3. เสียงรบกวน:

สัญญาณรบกวนมาจากกระบวนการทางกายภาพขั้นพื้นฐานบางอย่างในเครื่องตรวจจับอินฟราเรด, แม้ว่าจะไม่มีรังสีตกกระทบก็ตาม, จะมีเสียงรบกวน. สัญญาณรบกวนจะส่งผลต่อความแม่นยำในการตรวจจับของเครื่องตรวจจับอินฟราเรด, ยิ่งเสียงรบกวนน้อยลง, ประสิทธิภาพของเครื่องตรวจจับก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น.
สัญญาณรบกวนของเครื่องตรวจจับส่วนใหญ่ประกอบด้วยสัญญาณรบกวนจากกระแสมืดและเสียงโฟโตอิเล็กตรอน. วิธีการหลักในการลดเสียงรบกวนจากกระแสมืดคือการลดอุณหภูมิจากอุณหภูมิห้องเป็นอุณหภูมิไนโตรเจนเหลว, และเสียงกระแสมืดก็สามารถลดลงได้ด้วย 50%.

4. อัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน(ส.ร):

หมายถึงอัตราส่วนของแรงดันเอาต์พุตสัญญาณที่สร้างขึ้นโดยการแผ่รังสีตกกระทบต่อเอาต์พุตแรงดันเสียงรบกวนในเวลาเดียวกัน. ยิ่งอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนของอุปกรณ์สูงขึ้น, ยิ่งเสียงรบกวนต่ำลง, และในทางกลับกัน. ดังนั้น, ยิ่งอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนสูงขึ้นเท่านั้น, ยิ่งดีเท่าไร.

5. กำลังเทียบเท่าเสียง:

เมื่อแรงดันเอาต์พุตที่เกิดจากรังสีตกกระทบเท่ากับแรงดันเสียงของเครื่องตรวจจับนั่นเอง, กำลังการแผ่รังสีที่ตกกระทบในเวลานี้เรียกว่ากำลังเทียบเท่าเสียง. ยิ่งพลังเทียบเท่าเสียงของเครื่องตรวจจับต่ำลง, ยิ่งดีเท่าไร.

6. ความแตกต่างของอุณหภูมิเทียบเท่าเสียง:

นี่หมายถึงความแตกต่างของอุณหภูมิต่ำสุดที่เครื่องตรวจจับอินฟราเรดสามารถตรวจจับได้, ยิ่งค่าน้อยลง, ยิ่งดีเท่าไร.

7. อัตราการตรวจจับ:

มันเป็นส่วนกลับของความแตกต่างของอุณหภูมิเทียบเท่าเสียง. ยิ่งมีอัตราการตรวจจับสูงขึ้น, ยิ่งดีเท่าไร.

 

 

 

แอปพลิเคชัน

เครื่องตรวจจับอินฟราเรดแบบไม่ระบายความร้อนมีการใช้งานที่หลากหลายมากในด้านการทหารและการพาณิชย์:

1. สนามทหาร

การใช้งานในด้านการทหาร ได้แก่ Thermal Weapon Sight (ทวิส), การเพิ่มประสิทธิภาพการมองเห็นแบบพกพา, โปรแกรมปรับปรุงการมองเห็นของผู้ขับขี่ (สอง), สถานีอาวุธระยะไกล (อาร์ดับบลิวเอส), อากาศยานไร้คนขับ (UAV), เซ็นเซอร์กราวด์ไร้คนขับ(UGS), รถบังคับการสังเกตการณ์, การแนะแนวและการควบคุมจรวด, ฯลฯ.

2. สนามวัดอุณหภูมิการถ่ายภาพความร้อน

การวัดอุณหภูมิด้วยการถ่ายภาพความร้อนใช้สำหรับการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์, เช่นการตรวจจับพื้นที่ความร้อนที่ผิดปกติผ่านกล้องความร้อนอินฟราเรดบนสายส่งไฟฟ้า, อุปกรณ์ผลิตไฟฟ้า, และอุปกรณ์เครื่องจักรกล, ซึ่งสามารถป้องกันการปิดเครื่องครั้งใหญ่และอุบัติเหตุได้. ในส่วนของการตรวจสอบอาคาร, ใช้สำหรับตรวจจับผลกระทบของฉนวนของบ้าน, ผนังด้านหน้า, กลวง, การซึมของน้ำและโรคราน้ำค้าง, ฯลฯ. การใช้งานด้านความร้อนอื่นๆ ได้แก่ การพัฒนาผลิตภัณฑ์, การผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์, การวัดอุณหภูมิทางการแพทย์และการควบคุมกระบวนการ, ฯลฯ, ดังแสดงในรูปด้านขวา.

3. สาขาการเพิ่มประสิทธิภาพการมองเห็นเชิงพาณิชย์

การใช้งานหลักของการปรับปรุงการมองเห็นเชิงพาณิชย์ ได้แก่ การดับเพลิง, การเฝ้าระวัง, การเพิ่มประสิทธิภาพการมองเห็นด้วยอินฟราเรดของยานยนต์และทางทะเล, ฯลฯ, ดังแสดงในรูปด้านซ้าย. โดยส่วนใหญ่จะใช้ประโยชน์จากการถ่ายภาพอินฟราเรดโดยไม่มีแหล่งกำเนิดแสงภายนอก, ความสามารถที่แข็งแกร่งในการเจาะควัน, ระยะยาว, คอนทราสต์ของภาพที่แข็งแกร่ง, ฯลฯ, เพื่อเสริมการมองเห็นของมนุษย์อย่างมีประสิทธิภาพ.

4. เครื่องใช้ไฟฟ้า

เนื่องจากการใช้งานที่กว้างขวางและอัตราการเจาะที่สูงมากของเซ็นเซอร์รับภาพแสงที่มองเห็นได้ในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค เช่น โทรศัพท์มือถือ, ผู้คนมีความคาดหวังสูงต่อการประยุกต์ใช้การถ่ายภาพอินฟราเรดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค. การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดในวงกว้างในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคในปัจจุบันถูกจำกัดด้วยต้นทุนและปริมาณเป็นหลัก. ในปัจจุบัน, FLIR และ Seek Thermal ได้เปิดตัวอุปกรณ์ถ่ายภาพความร้อนระดับผู้บริโภค, ซึ่งทำให้ผู้คนตั้งตารอที่จะใช้งานเซ็นเซอร์ถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดมากขึ้นในด้านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค.