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非制冷焦平面陣列省去了昂貴的低溫制冷系統和復雜的掃描裝置,敏感器件以熱探測器為主。突破了歷來熱像儀成本高昂的障礙,"使傳感器領域發生變革"。
另外,非制冷焦平面陣列的可靠性也大大提高、維護簡單、工作壽命延長,因為低溫制冷系統和復雜掃描裝置常常是紅外系統的故障源。非致冷探測器的靈敏度(D)比低溫碲鎘汞要小1個量級以上,但是以大的焦平面陣列來彌補,便可和第一代MCT探測器爭雄。對許多應用,特別是監視與夜視而言已經足夠。廣闊的準軍事和民用市場更是它施展拳腳的領域。為避免大量投資,把硅集成電路工藝引入低成本、非制冷紅外探測器開發生產,制造大型高密度陣列和推進系統集成化的信號處理,即大規模焦平面陣列技術,潛力十分巨大。正因為如此,單元性能較低的熱電探測器又重新引人注目,而且可能成為以后最具競爭力的探測器之一。目前發展最快、前景看好的有兩類UFPA:
(1)熱釋電FPA。熱釋電探測器的研究早在60年代和70年代就頗為盛行,有過多種材料,較新型的有鈦酸鍶鋇(BST)陶瓷和鈦酸鈧鉛(PST)等。美國TI公司推出的328×240鈦酸鍶鋇(BST)FPA已形成產品,NETD優于0.1K,有多種應用。計劃中還有640×480的FPA,發展趨勢是將鐵電材料薄膜淀積于硅片上,制成單片式熱釋電焦平面,有很高的潛在性能,可望實現1000×1000陣列的優質成像。
(2)微測輻射熱計(Microbolometer)。它是在IC-CMOS硅片上以淀積技術,用Si3N4支撐有高電阻溫度系數和高電阻率的熱敏電阻材料Vox或α-Si,做成微橋結構器件(單片式FPA)。接收熱輻射引起溫度變化而改變阻值,直流耦合無須斬波器,僅需一半導體制冷器保持其穩定的工作溫度。90年代初,由Honeywell公司首先開發,研制成工作在8μm~14μm的320×240 UFPA,并以此制成實用的熱像系統,NETD已達到0.1K以下,可望在近期達到0.02K。此類FPA90年代發展神速,成為熱點。與熱釋電UFPA比較,微測輻射熱計采用硅集成工藝,制造成本低廉;有好的線性響應和高的動態范圍;像元間好的絕緣而有低的串音和圖像模糊;低的1/f噪聲;以及高的幀速和潛在高靈敏度(理論NETD可達0.01K)。其偏置功率受耗散功率限制和大的噪聲帶寬不足以與熱釋電相比。
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