الأشعة تحت الحمراء للكشف عن التصوير الحراريالمهمة الرئيسية هي تحويل الأشعة تحت الحمراء غير مرئية ( درجة حرارة الجسم في التمثيل الخارجي ) إلى إشارات كهربائية قابلة للقياس الكمي ، في نهاية المطاف توليد صورة حرارية . أدائها يعتمد بشكل مباشر على كفاءة آلية التحويل الكهروضوئية ، التي تقرر ما إذا كان يمكن التقاط إشارة بدقة .

الفوتون الطاقة من الأشعة تحت الحمراء هو أقل بكثير من الضوء المرئي ( الطول الموجي هو عادة من 1 إلى 14 μ م ) ، والتي لا يمكن أن تحفز أشباه الموصلات مباشرة مثل الضوء المرئي للكشف عن إنتاج تأثير قوي الضوئية ، وبالتالي فإن تحويل الطاقة يجب أن تتحقق من خلال " مباشرة أو غير مباشرة " العملية الفيزيائية . على أساس مبدأ التحويل ، التيار الرئيسي للكشف عن الأشعة تحت الحمراء يمكن تقسيمها إلى ثلاثة أنواع : كهربي حراري ، مايكرو المسعر ( ممس ) فوتون ( الكم جيدا / تيلوريد كادميوم زئبق ) .

1 . كهربي حراري للكشف عن : " تغيير درجة الحرارة → الاستقطاب تهمة → إشارة كهربائية "

كهربي حراري للكشف عن استخدام الخصائص الفيزيائية كهربي حراري البلورات ( مثل الليثيوم tantalate ، كبريتات triglyceride TGS ) لتحقيق التحول ، ينتمي إلى " الكشف عن الحرارة " الفئة ( أولا تحويل الأشعة تحت الحمراء في درجة الحرارة ، ثم تحويلها إلى إشارات كهربائية ) ، ينطبق على الطول الموجي الطويل الأشعة تحت الحمراء ( 3-14 ميكرون ) .

عملية التحويل :

1 . امتصاص الأشعة تحت الحمراء : المعادن فيلم أسود على سطح كاشف ( امتصاص عالية الغلة ) يمتص الأشعة تحت الحمراء ، تحويل الطاقة الإشعاعية إلى طاقة حرارية ، مما أدى إلى ارتفاع درجة حرارة كهربي حراري كريستال .

2 - تغيير الاستقطاب : عفوية الاستقطاب كثافة كهربي حراري كريستال يختلف مع تغير درجة الحرارة ( الاستقطاب كثافة النقصان مع زيادة درجة الحرارة ) ؛

3 - فصل الشحنة الكهربائية : الأقطاب الكهربائية في كلا طرفي الكريستال الاستقطابية الشحنة الكهربائية ، عندما تكون درجة الحرارة معدل التغير ( DT / DT ) ليس صفر ، سوف تنتج تدفق الشحنة الكهربائية على شكل إشارة ضعيفة الحالية ؛

4 . إشارة القراءة : ضعف التيار الكهربائي هو تحويلها إلى إشارة الجهد من قبل المضخم ، ثم يتم معالجتها في إشارة كهربائية قابلة للقياس من قبل الدوائر اللاحقة .

السمات الرئيسية :

- أن تكون حساسة “ للتغيرات في درجة الحرارة ” ( لا توجد إشارات إلى درجات حرارة ثابتة ) وأن تعمل بالاقتران مع المروحية الميكانيكية ( التي تسد الأشعة تحت الحمراء بصورة دورية وتتسبب في تقلبات في درجة الحرارة ) ؛

- بنية بسيطة ومنخفضة التكلفة ، ولكن سرعة الاستجابة بطيئة ( ميلي ثانية واحدة ) ، ومناسبة للمناظر التي تتطلب معدلات الإطار ليست عالية ( مثل رصد الأمن ، وفحص درجة حرارة الجسم ) .

2 . microcalorimeter للكشف عن ( ممس التكنولوجيا ) : " تغير درجة الحرارة المقاومة التغيير → إشارة كهربائية "

microbolometer هو التيار الرئيسي تقنية التصوير بالأشعة تحت الحمراء الحرارية المدنية ( مثل الأمن ، والالكترونيات الاستهلاكية ) ، الذي ينتمي إلى " الكشف عن الحرارة " .

عملية التحويل :

1 . امتصاص الأشعة تحت الحمراء والتدفئة : ممس مايكرو جسر ( مصنوعة من السيليكون نيتريد وغيرها من المواد العازلة للحرارة ، ودعم الثرمستور ) سطح طبقة امتصاص ( مثل أكسيد الفاناديوم ، السيليكون غير المتبلور ) امتصاص الأشعة تحت الحمراء ، وارتفاع درجة الحرارة ( مايكرو هيكل الجسر يمكن أن تقلل من انتقال الحرارة إلى الركيزة ، وتحسين الحساسية الحرارية ) ؛

2 - تغيير المقاومة : مقاومة المواد الحساسة للحرارة ( مثل أكسيد الفاناديوم فوكس ) يختلف بشكل ملحوظ مع درجة الحرارة ( معامل درجة الحرارة تكر عادة - 2 ٪ ~ 4 ٪ / ك ، علامة سلبية تشير إلى انخفاض درجة الحرارة المقاومة ) ؛

3 - تحويل الإشارات الكهربائية : توصيل الثرمستور إلى جسر ويتستون ( من خلال التحيز العاصمة ) ، تغيير المقاومة سوف يؤدي إلى فرق الجهد الناتج إشارة من الجسر ( تغيير الجهد يرتبط إيجابيا مع تغير درجة الحرارة ) ؛

4 - مجموعة القراءة :الأشعة تحت الحمراء للكشف عن التصوير الحراريالطائرة البؤرية واسعة ( FPA ) يتكون من مئات الآلاف أو حتى الملايين من microbridge الوحدات ، كل وحدة مع بكسل واحد من الصورة الحرارية ، يقرأ إشارة الجهد من نقطة إلى نقطة من خلال خط يقود الدائرة ، تقسم إلى صورة كاملة الحرارية .

السمات الرئيسية :

- لا المروحية ( يمكن الكشف عن درجة حرارة ثابتة مباشرة ) ، استجابة أسرع من كهربي حراري ( ميكروثانية ) ، معدل الإطار يمكن أن تصل إلى 30 ~ 60fps ;

ممس التكنولوجيا يمكن تحقيق التصغير ، منخفضة التكلفة ، ولكن من السهل أن تتأثر درجة الحرارة المحيطة ( درجة الحرارة التعويض المطلوب ) على المدى الطويل استخدام .

3 . photodetector ( الكم جيدا / QWIP ، تيلوريد كادميوم زئبق MCT ) : " الأشعة تحت الحمراء الفوتون → الناقل → إشارة كهربائية "

photodetector مباشرة يستخدم أشباه الموصلات الكم تأثير تحويل الفوتونات الأشعة تحت الحمراء في الإلكترون حفرة أزواج ( الناقلين ) ، الذي ينتمي إلى فئة " الكشف عن الكم " .

مع تطبيق على نطاق واسع الكم جيدا الأشعة تحت الحمراء للكشف عن الفوتون ( QWIP ) على سبيل المثال ، عملية التحويل على النحو التالي :

1 . الكم جيدا هيكل : هيكل متعدد الطبقات تتكون من ( الغاليوم الغاليوم ) و ( آل الغاليوم الغاليوم زرنيخيد ) بالتناوب ، والفرقة من الغاليوم طبقة أقل من طبقة AlGaAs ، وتشكيل " الكم جيدا " ( الإلكترونات تقتصر على طبقة الغاليوم ، يمكن فقط الانتقال بين مستويات معينة ) ؛

2 - امتصاص الفوتون والناقل الإثارة : عندما الأشعة تحت الحمراء طاقة الفوتون ( هـ = ح الخامس ، ح هو ثابت بلانك ، الخامس هو التردد ) يساوي مستوى الفرق في الكم جيدا ، الإلكترون يمتص طاقة الفوتون ، والانتقال من انخفاض مستوى الطاقة إلى مستوى عال ( الفرقة التوصيل التي يمكن أن تتحرك بحرية ) ، وتنتج الإلكترون ثقب الزوج .

3 . الناقل الانفصال وجمع : تطبيق الجهد التحيز في كلا طرفي كاشف ، الحقل الكهربائي يسبب الإلكترونات والثقوب للتحرك في الاتجاه المعاكس ، وتشكيل photocurrent إشارة .

4 . انخفاض درجة حرارة التشغيل : من أجل كبح جماح " الظلام الناقل " الناجمة عن الإثارة الحرارية ( أي تسرب الحالية في غياب الضوء ) ، الفوتون كاشف يجب أن تعمل في درجة حرارة منخفضة ( عادة من خلال ثلاجة ستيرلينغ أو النيتروجين السائل تبريد 77k / 196 ℃ ) ، وضمان أن الأشعة تحت الحمراء الفوتون فقط يمكن أن تحفز الناقل .

السمات الرئيسية :

- حساسية عالية ( يمكن الكشف عن إشارة فوتون واحد ) وسرعة استجابة سريعة ( النانوسيكند ) ، ولكن بنية معقدة ، وارتفاع تكلفة ، تحتاج إلى الاعتماد على نظام التبريد ، ومناسبة للكشف عن دقة المشهد متطلبات صارمة .