非制冷红外焦平面探测器及其典型应用

非制冷周扫红外
非制冷周扫红外技术是一种利用被测物体辐射的红外能量进行热成像分析的技术。

相比传统的制冷红外技术，非制冷周扫红外具有更多的优势和应用前景。

首先，非制冷周扫红外技术不需要使用制冷设备来冷却红外传感器，因此减小
了设备体积和重量，降低了成本，并且使设备更加便携。

这使得非制冷周扫红外在许多领域中得到了广泛的应用，包括工业检测、医学诊断、建筑热学、环境监测等。

其次，非制冷周扫红外技术具有更快的响应时间和更高的灵敏度。

由于非制冷
红外传感器的响应速度较快，几乎可以实时获得红外图像。

这使得非制冷周扫红外可以应用在需要快速检测和监测的场景中，例如工业生产线上的故障诊断、医学手术中的组织病理学检测等。

此外，非制冷周扫红外技术还具有更广泛的温度范围和更高的温度分辨率。

制
冷红外技术受限于其制冷能力和制冷系统的稳定性，常常不能在极高或极低的温度条件下工作。

而非制冷周扫红外可以在更广泛的温度范围内进行热成像分析，并且具有更高的温度分辨率，能够提供更精准的温度信息。

综上所述，非制冷周扫红外技术具有更加便携、响应速度更快、灵敏度更高、
温度范围更广、温度分辨率更高等优势。

随着技术的不断发展和创新，非制冷周扫红外技术将在更多领域中得到应用，并且为我们提供更全面、精准的热成像分析。

1 概非制冷探测器技术发展.doc况自上世纪90年代，非制冷凝视型红外热像仪迅速进入应用市场。

这种热像仪与制冷型凝视红外热像仪相比，虽然在温度分辨率等灵敏度方面还有很大差距，但具有一些突出的优点：不需制冷，成本低、功耗小、重量轻、小型化、启动快、使用方便、灵活、消费比高。

至今，非制冷红外焦平面阵列(FPA)技术已由小规模发展到中、大规模320×320和640×480阵列，在未来的几年内有望获得超大规模的1024×1024非制冷焦平面阵列（F PA）。

像素尺寸也由50μm减小到25μm，使焦平面灵敏度进一步提高。

这种非制冷红外成像系统在军用和民用领域应用越来越广泛，部分型号产品已装备部队，尤其在轻武器（枪械）瞄准具、驾驶员视力增强器、单兵头盔式观瞄、手持式（便携）热像仪等轻武器，以及部分导弹的红外成像末制导等方面，非致冷热像仪在近年内有望部分取代价格高、可靠性差、体积大而又笨重的制冷型热成像系统。

2 现状1978年美国Texas Instruments在世界上首次研制成功第一个非制冷红外热像仪系统，主要红外材料为α-Si（非晶硅）与BST(钛酸锶钡)。

1983年美国Honeywell开始研制室温下的热探测器，使用了硅微型机械加工技术，使热隔离性提高，成本降低。

1990-1994年美国很多公司从Honeywell获技术转让，使以VOx（氧化钒）为探测材料的非制冷探测器得到了迅速广泛发展。

VOx材料具有较高的热电阻系数，目前世界上性能最好的非制冷探测器就是采用VOx材料制备的，主要采用8~14μm波段3 20×240和160×120元的非制冷FPA器件，其结构按部件功能模块化（诸如，光学模块、FPA组件模块、信号读出处理电路模块和显示模块）。

目前市场上有热像仪整机产品，也有各种功能模块单独出售，供用户选用。

3 国外主要几家公司研制生产状况目前，国际上美国、法国、英国和日本的非制冷红外探测器研制生产水平居世界领先水平。

非制冷面阵红外测温
随着科技的发展，非制冷面阵红外测温技术在各个领域得到了广泛应用。

这种技术具有诸多优势，不仅为人们提供了便捷的测温方式，还为各行各业带来了前所未有的机遇。

一、非制冷面阵红外测温技术简介
非制冷面阵红外测温技术是一种基于红外探测器的光电转换技术。

与传统的热电偶、热敏电阻等接触式测温方法相比，非制冷面阵红外测温技术具有无接触、快速、准确等特点，能在-50℃至+300℃的范围内实现高精度测温。

二、技术原理与优势
非制冷面阵红外测温技术的工作原理是：红外探测器接收物体发出的红外辐射，将其转换为电信号，再通过信号处理电路将电信号转换为温度值。

与其他测温方法相比，非制冷面阵红外测温技术具有以下优势：
1.非接触测量：无需与被测物体接触，避免了对物体的磨损和损坏，同时减少了人为误差。

2.响应速度快：面阵探测器具有较高的响应速度，可在短时间内实现对物体的测温。

3.抗干扰能力强：红外测温技术不受电磁场、磁场等因素的影响，能在恶劣环境中正常工作。

4.宽温度范围：非制冷面阵红外测温技术可在较大温度范围内实现高精度测温。

5.易于集成：面阵红外探测器结构紧凑，易于与其他传感器和设备集成，
便于实现自动化测温。

三、应用领域与前景
非制冷面阵红外测温技术在众多领域得到了广泛应用，如工业生产、医疗保健、环境监测、交通运输等。

随着技术的不断进步，非制冷面阵红外测温设备的性能和可靠性得到了进一步提高，未来将在更多领域得到应用，为人类社会带来更多便捷和福祉。

总之，非制冷面阵红外测温技术凭借其独特的优势，已成为现代测温领域的一大热门。

非制冷红外成像技术及其应用蔡毅昆明物理研究所，云南，昆明，650223摘要：红外成像技术与微光图像增强技术是夜视技术的主要组成部分。

非制冷红外成像技术包括量子型和热探测型成像技术两种，都是红外热成像技术的最新成就之一。

在本文中，比较了这两种技术的特点，讨论了非制冷红外成像技术的优点、发展趋势和应用。

关键词：非制冷，红外成像，应用Uncooled Infrared Imaging Technology and It’s ApplicationCAI YiKunming Insitute of Physics, Kunming, Yunnan, P.R.China, 650223Abstract: Night vision technology includes low-light-level image intensifier technology and infrared image technology. Uncooled infrared imaging technology is one of the newest achievements of infrared thermal imaging technology. Characterizations of the low-light-level image intensifier and Uncooled infrared imaging technologies are compared, then advantage, development and application of Uncooled infrared imaging technology is discussed in the paper.Keywords: Infrared Imaging，Uncooled Infrared Imaging，Application1．红外成像技术与微光图像增强技术的比较用于夜间观察的微光和热成像装置一般由信号接收、转换、处理和显示等四大部分组成。

第六章红外热成像器件与技术
6.5 非制冷红外焦平面探测器
非制冷红外焦平面探测器
◆非制冷红外焦平面探测器的特点◆热释电效应与热释电探测器
◆微测辐射热计
6.5 非制冷红外焦平面探测器6.5.1非制冷红外焦平面探测器的特点
非制冷红外焦平面探测器的特点
◆不需要制冷系统，具有低成本、低功耗、
长寿命、小型化和可靠性高等优点，是当前热成像技术发展和应用的热点之一。

——上世纪90年代非制冷焦平面探测器的诞生，为红外热成像技术带来了新的机会。

非制冷焦平面热成像技术的特点有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）。

1 用于军事和科研领域的制冷型红外探测器发展情况适用于制冷型红外单色探测器的主流材料是InSb和碲镉汞。

InSb中波红外探测器技术相对成熟，比较容易做成低成本、大面积、均匀性好、高性能的探测器阵列。

但它也存在如工作温度不能提高等一些缺点。

适用于多波长探测的低温红外探测器的材料一般有三种，包括碲镉汞（HgCdTe）、量子阱（QWIPs）和Ⅱ类超晶格。

表6：制冷型红外探测器敏感材料对比敏感材料技术特点锑化铟技术成熟，成本较低，只能用于单色制冷红外探测器，军民大量应用，尤其以红外空空导弹为多。

碲镉汞通过改变镉的组份，可以精确的控制碲镉汞材料的禁带宽度，覆盖短波、中波和长波红外。

但是由于微小的组分偏差就会引起很大的带隙变化，其材料的稳定性、抗辐射特性和均匀性都相对较差，所以成品率较低，成本非常高。

量子阱生长技术成熟，并且生长面型均匀，受控性好；价格低廉、产量大、热稳定性高。

但其结构特殊性使得正入射光无法很好地被探测器吸收，致使量子阱探测器的量子效率并不理想。

Ⅱ类超晶格拥有较高的探测灵敏度，几乎可以与碲镉汞相媲美。

隧穿电流和暗电流均较小，对工作温度的要求相对宽松。

提高性能、缩小体积和降低成本是目前碲镉汞探测器的三大研究方向。

国内研究碲镉汞红外探测器的单位主要包括昆明物理研究所、高德红外。

昆明物理所从2006年就开始着手碲镉汞中波红外探测器的研发工作，并于2010年实现了量产。

2015年，昆明物理研究所量产的640×512中波红外探测器实现了在温度为110K，NETD为19.7mK，有效像元率为99.33%的技术指标，标志着我国中波探测器性能指标基本达到同一时期发达国家的技术水平。

据高德红外子公司高芯科技官网显示，该公司研制了国内最新款制冷型碲镉汞中波红外探测器CB12M MWIR，其面阵规格为1280×1024，像元尺寸为12μm，NETD小于20Mk（F2/F4）。

技术指标达到国内外顶尖水平。

非制冷红外探测器检验项目非制冷红外焦平面探测器的诞生及发展是红外技术领域一次革命性的突破，它具有体积小、功耗低、成本低、可靠性高的特点，其衍生的非制冷红外热像技术具有广泛的应用前景，因此非制冷红外焦平面探测器及其应用技术正成为各国研究的热点。

对非制冷红外焦平面探测器的测试验证技术进行了深入的研究，完成了微测辐射热计和非制冷红外焦平面探测器的测试验证技术的系统化设计，突破了测试验证技术中的各种关键技术，研制了的高速、高精度的红外焦平面探测器测试系统，同时基于项目组自主研发的320×240非制冷红外焦平面探测器，设计和开发了多功能、高性能的红外热成像仪并实现了验证成像。

体验项目综述如下：（1）在微测辐射热计测试技术方面，深入研究了微测辐射热计的传感机理，建立了微测辐射热计的光学、热学和电学的数学模型。

基于数学模型提炼了微测辐射热计的关键指标，提出了通过锁相放大技术（LOCK-INAMP）测试微测辐射热计响应电压和噪声电压的方法，克服了微测辐射热计微弱信号提取的技术难题。

在热学性能参数的测试方面采用了I-V 测试热导的方法，发现了通过减小偏置电流的手段，可忽略有效热导和总热导误差的技术问题，同时提出了变频锁相放大技术测试响应时间的方法。

对比测试结果与仿真结果数据，确认了该测试方法的准确性和有效性。

（2）非制冷红外焦平面探测器测试技术方面，研制了非制冷红外焦平面探测器测试系统，细阐述了该测试系统的组成结构、板级系统工作原理，各模块参数指标以及关键技术的解决方案，并利用标准探测器进行验证测试，主要指标测试精度可≤1%。

在测试系统中，低噪声偏置电压源模块采用了网络反馈控制结构和数字电位器技术，解决了电压源的低噪声、高精度调节以及宽温度适应性的技术难题。

同时，测试系统的数据采集部分还采用了PCIE总线技术和DMA的工作模式，解决了多规格、大规模、高帧频的红外图像实时采集的技术难题，克服了采集过程中由于CPU响应速度原因带来的数据丢失问题。

红外焦平面探测器是热成像系统的核心部件，是探测、识别和分析物体红外信息的关键，在军事、工业、交通、安防监控、气象、医学等各行业具有广泛的应用。

红外焦平面探测器可分为制冷型红外焦平面探测器和非制冷红外焦平面探测器，制冷型红外焦平面探测器的优势在于灵敏度高，能够分辨更细微的温度差别，探测距离较远，主要应用于高端军事装备；非制冷红外焦平面探测器无需制冷装置，能够工作在室温状态下，具有体积小、质量轻、功耗小、寿命长、成本低、启动快等优点。

虽然在灵敏度上不如制冷型红外焦平面探测器，但非制冷红外焦平面探测器的性能已可满足部分军事装备及绝大多数民用领域的技术需要。

近年来，随着非制冷红外焦平面探测器技术的不断进步和制造成本的逐渐下降，其性价比快速提升，为推动非制冷红外焦平面探测器的大规模市场应用创造了良好条件。

据悉，红外焦平面探测器是热成像系统的核心部件，是探测、识别和分析物体红外信息的关键，探测器的性能直接决定了热成像系统的最终性能。

非制冷红外焦平面探测器无需制冷装置，能够在室温状态下工作，具有启动快、功耗低、体积小、重量轻、寿命长、成本低等诸多优点。

大立科技公司研制的核心芯片是非制冷红外焦平面探测器。

除满足自用需求，还以机芯组件（非制冷探测器+图像处理电路）的形式销售给其他用户单位使用，用户范围现已涵盖国内主要军工集团及科研院所。

大立科技表示，公司连续承担了“十二五”、“十三五”国家“核高基”重大专项，现已形成探测器产业化能力，实现完全替代进口。

2017年在国内实现百万像素级探测器产业化，产品入选工信部《民参军技术与产品推荐目录》。

大立科技是国内少数拥有完全自主知识产权，能够独立研发、生产热成像技术相关核心器件、机芯组件到整机系统全产业链完整的高新技术企业，是国内规模大、综合实力强的民用红外热像仪生产厂商之一。

更多详情请拨打咨询热线或登录浙江大立科技股份有限公司官网/咨询。

非致冷焦平面阵列 (UFPA)红外探测器
非致冷焦平面阵列 (UFPA)红外探测器是一种热探测器,是热像仪的核心器件. 广微积电的UFPA采用的是MEMS加工工艺,从而突破了历来热像仪成本高昂的障碍，"使传感器领域发生变革". 另外，相对于采用低温制冷系统的制冷焦平面阵列, 它的成本大为降低,可靠性大大提高; 同时维护简单、工作寿命延长，因为低温制冷系统和复杂扫描装置常常是红外系统的故障源。

非致冷探测器的灵敏度(D）相对于制冷型略差,但是以大的焦平面阵列来弥补，便可和第一代MCT探测器争雄, 对许多应用，特别是监视与夜视而言已经足够。

广阔的准军事和民用市场更是它施展拳脚的领域。

主要性能介绍
à阵列大小: 160x120
àNETD: < 100mK/F1.0 (简单说来就是配上F1.0的镜头, 可以分辨物体0.1K的温度变化)
à帧频: 50Hz
à输出方式: 14bit数字输出/Video信号输出
à功耗: 200mW
应用
传统热像仪由于成本高昂, 主要应用于安防领域. 由于成本的降低, 这种传感器可以用于很多新的领域. 设计侧重于新领域的应用开发以及系统功能(如自动对焦, 视频处理以及存储)的增强上.。