基于I2C的新型非制冷红外焦平面温度控制系统

论述了非制冷红外焦平面阵列温度控制的重要性,并且简要提出温度控制原理,在此基础上提出使用MAX1978对TEC进行闭环自动控制的方案,并使用DAC芯片AD5665R作为温度参考电压输入芯片,使用I2C协议完成精确定点温度控制,实现了将非制冷红外焦平面阵列在不同的环境下稳定工作的要求.经测试验证系统温度的波动范围能够有效控制在±0.005℃,从而为提高焦平面阵列温度稳定性使非制冷性红外探测器适应不同的温度环境提供了一种实用方法.     

384×288非制冷红外探测器驱动电路设计

介绍了384×288非制冷红外焦平面探测器UL03191及其工作原理,分析了非制冷红外焦平面阵列驱动电路组成原理、设计方法,重点是偏置电压电路、脉冲电压信号驱动电路、温度检测及控制电路的设计等关键技术,并对主要驱动信号进行了仿真。     

384×288非制冷红外探测器驱动电路设计

介绍了384×288非制冷红外焦平面探测器UL03191及其工作原理,分析了非制冷红外焦平面阵列驱动电路组成原理、设计方法,重点是偏置电压电路、脉冲电压信号驱动电路、温度检测及控制电路的设计等关键技术,并对主要驱动信号进行了仿真。     

热释电非制冷红外焦平面现状及发展趋势

一维和二维阵列的热释电非制冷红外焦平面非常适合应用于热成像.混合式的BST铁电探测器降低了成本,市场潜力巨大.分析了热释电非制冷红外焦平面阵列探测技术的优势,介绍了热释电非制冷红外探测器工作原理及热释电非制冷红外焦平面阵列对探测材料的要求,指出了混合式及单片式热释电非制冷红外焦平面阵列发展趋势.制备高一致性和高性能的大阵列的探测元是发展非制冷红外焦平面的关键,针对我国在热释电非制冷红外焦平面阵列研究方面存在的问题,提出了下一步研究的方向及重点.     

320×256短波红外焦平面温控系统设计与应用

针对碲镉汞红外焦平面需要在恒定低温条件下工作的要求,设计并实现了基于热电制冷技术的红外焦平面温控系统.该温控系统具有体积小、响应速度快、可控性好及温控精度高等特点,满足设计要求.实验结果表明,该温控系统可使短波红外焦平面在195K时长期稳定工作,温控精度优于0.1℃,焦平面暗电流及噪声水平均有明显改善.     

一种高精度非致冷红外焦平面温度控制系统的设计

非致冷红外焦平面基准温度的稳定性和均匀性直接决定了其应用系统的性能.分析了基于PID算法的温度控制原理,在此理论基础上,设计了针对非致冷红外焦平面的高精度微型温度控制系统,该系统利用专用控制芯片ADN8830对TEC进行PID闭环自动控制,温度恒定范围在0～45℃时,实现了温度稳定度±0.01℃的性能指标.该系统还具有高精度、小型化、低噪声、快速稳定等优点,为提高红外焦平面系统温度稳定性、迅速达到稳定工作状态提供了有益的参考.     

非制冷红外焦平面阵列的定标试验研究

为将非制冷红外焦平面阵列(UFPA)应用于地基云红外被动遥感系统,就非制冷红外焦平面阵列的响应特性进行了试验研究.在定标模型理论分析的基础上,提出了一种考虑探测器工作温度效应的适合于非制冷红外焦平面阵列的辐射定标模型,设计了基于标准辐射源的定标方法.试验结果表明,非制冷红外焦平面阵列响应动态范围大、线性度好,探测器工作温度效应可作线性化处理,辐射定标模型反演标准偏差为0.72 w.m-2.sr-1.     

非制冷焦平面热像仪温度控制设计

在分析法国ULIS公司生产的320×240长波红外非制冷微测辐射热计焦平面阵列探测器UL01011技术参数的基础上,论述了微测辐射热计非制冷红外焦平面热像仪温度控制的必要性,指出了温度控制设计的实质。并讨论了单片机、线性模式单芯片热电制冷器控制器和开关模式单芯片热电制冷器控制器温控方案的优缺点。提出了使用AD公司生产的全新单芯片热电制冷器控制器ADN8830的温控设计方案,以该芯片为核心设计出适合320×240长波红外非制冷微测辐射热计焦平面阵列探测器UL01011的温度控制电路,该电路能够把焦平面阵列温度变化控制在30±0.01℃范围内,使探测器工作在最佳温度。该方案功耗低、效率高、体积小,是一种较好的温控设计方案。     

非制冷焦平面红外热像仪测温范围拓展研究

非制冷焦平面红外热像仪其核心部件是红外焦平面阵列,以法国UILS公司生产的UL01011型非制冷焦平面红外探测器技术参数为基础,其工作波长范围为8～14 μm,温度感测范围为-20～60 ℃。为拓展测温范围,在非制冷焦平面红外热像仪前加装衰减波片,通过对不同衰减波片的实验数据的计算,得出不同条件下的测温范围,以完善其测量广度。     

采用双阈值的非制冷IRFPA盲元迭代检测算法

盲元是影响非制冷红外焦平面阵列(IRFPA)成像质量的因素之一.在对非制冷红外焦平面阵列中盲元的响应特性分析的基础上,提出一种基于双阈值快速迭代盲元检测算法.该算法基于双参考辐射源,采集辐射源两个不同温度下的成像图像,当非制冷IRFPA器件工作在线性区时,正常像元的灰度响应会随外界温度而发生变化,且该变化呈近似线性关系...     

一种空间相机焦距的自动温度补偿系统

温度因素造成空间相机离焦,使相机的焦面不在最佳摄像范围内,为了实现焦面的自动控制,保证相机的成像质量,提出了一种空间相机焦距的自动温度补偿系统。首先,详细分析了目前相机焦面的补偿策略,针对其缺点和不足提出一种改进方法;其次,介绍了该系统的构成、设计及其工作原理;最后,对其进行了实验验证。实验结果表明:离焦量可以控制在10μm以内,焦面的调整误差不大于1.3μm,温度水平控制满足系统设计要求。提出的空间相机焦距的自动温度补偿系统可以实现自动控制相机温度水平、自动计算相机的离焦量、自动控制相机的焦面,满足相机工作时焦面处于最佳摄像范围内的要求。     

基于AVR的非致冷探测器温控系统的设计

非致冷焦平面热成像系统由于自身的众多优点,在诸多军事和民用领域都具有广泛的应用.作为当前红外成像领域的研究热点,非致冷焦平面的工作温度特性在很大程度上决定了非致冷探测器的成像质量.为了满足快速、稳定和数字化的系统要求,采用AVR单片机对非致冷探测器的温度系统进行控制,通过调节单片机内部比例积分校正网络参数,提高了非致冷...     

航空相机焦面组件相变温控设计及验证

航空相机焦面组件是机载电子设备中具有严格温度要求的重要组件,其工作期间温度过高产生的热噪声和暗电流将导致成像质量下降。讨论分析了某型航空相机焦面组件热设计的特点,采用封装有相变材料的相变温控系统进行散热,根据结构特点和导热路径,给出了热设计方案。采用有限元数值分析方法,建立了热平衡方程和热分析计算模型,应用热分析软件IDEAS-TMG在给定温度边界条件下进行瞬态仿真分析,给出了组件的热响应性能。热分析结果表明:焦面组件和散热器工作温度范围分别为18～31.1 ℃、18～28.2 ℃。所获得的分析结果能够满足热控指标要求。最后通过热实验对采用相变温控系统的热设计方案进行了验证,验证实验结果与数值分析结果吻合较好,结果对比最大偏差均不超过5%,验证了数值分析的正确性和温度预示的有效性。实验过程中焦面组件和散热器工作温度范围分别为18～32.3 ℃、18～29.6 ℃。     

基于FPGA的UIRFPA图像采集系统的设计与实现

介绍了一种红外焦平面图像采集系统的设计与实现,该系统用于对非致冷红外焦平面阵列(UIRFPA)的输出信号进行采集.系统使用FPGA作为核心CPU,控制各个模块,完成信号AD采集、FIFO缓存、异步串口通信等功能.该系统稳定可靠,通用性强,已在多个红外焦平面成像系统中得到应用.     

Time Delay Integration and In-Pixel Spatiotemporal Filtering Using a Nanoscale Digital CMOS Focal Plane Readout

A digital focal plane array (DFPA) architecture has been developed that incorporates per-pixel full-dynamic-range analog-to-digital conversion and orthogonal-transfer-based realtime digital signal processing capability. Several long-wave infrared-optimized pixel processing focal plane readout integrated circuit (ROIC) designs have been implemented, each accommodating a 256 times 256 30-mum-pitch detector array. Demonstrated in this paper is the application of this DFPA ROIC architecture to problems of background pedestal mitigation, wide-field imaging, image stabilization, edge detection, and velocimetry. The DFPA architecture is reviewed, and pixel performance metrics are discussed in the context of the application examples. The measured data reported here are for DFPA ROICs implemented in 90-nm CMOS technology and hybridized to Hg_xCd_1-xTe (MCT) detector arrays with cutoff wavelengths ranging from 7 to 14.5 mum and a specified operating temperature of 60 K-80 K.     

红外焦平面探测器的非均匀性与校准方法研究

红外焦平面成像系统是红外成像技术发展的趋势,文中研究了红外焦平面探测器本身参数的非均匀性和对焦平面红外成像系统中探测器非均匀性的校准机理,并介绍焦平面成像信息处理系统实现的基本技术路线。     

短波红外InGaAs焦平面噪声特性

为研究铟镓砷焦平面的噪声特性,设计了两种不同吸收层掺杂浓度的InGaAs外延材料,采用标准工艺制备了平面型160×128元光敏芯片,并与相同结构的读出电路倒焊耦合形成160×128元焦平面,采用改变积分时间和改变器件温度的方法,测试焦平面的信号与噪声.通过研究不同材料参数、器件性能与焦平面噪声的关系,定量分析了短波红外InGaAs焦平面的噪声特性.结果表明,焦平面噪声主要来源于焦平面耦合噪声和探测器噪声,降低InGaAs外延材料吸收层的掺杂浓度,可以有效降低探测器电容,从而降低焦平面的耦合噪声;而探测器噪声由探测器暗电流和工作温度影响,该噪声在长积分时间下决定了焦平面的总噪声水平.实现低暗电流、低电容特性的光敏芯片是降低焦平面噪声的有效途径.     

基于双材料悬臂梁结构的非制冷红外成像系统

报道了一种利用MEMS技术制备 ,基于双材料悬臂梁结构的非制冷红外焦平面阵列 (FPA)并配有可见光读出部分的红外成像系统 ,可以在 8～ 14 μm光谱区得到成像。基于该结构的非制冷红外成像系统利用的是光力学效应原理。我们采用MEMS表面硅工艺制备FPA ,深入研究了双材料悬臂梁结构成像系统的基本原理 ,工艺制备难点和响应结果     

图像清晰度评价函数在航空相机中的应用

为消除大气压力和温度的变化对航空CCD相机成像清晰度的影响,减少相机控制环节,设计了一种基于两种图像清晰度评价函数确定镜头焦面位置的自动检焦系统。灰度差分法函数用于较大范围大步长粗检焦,Brenner函数用于小范围小步长细检焦,检焦过程运用爬山搜索法求取评价函数的最大值。这种采用粗精结合的控制方法不仅有效地节省了图像处理的时间,而且提高了检焦的精度。经过光学测试和试验证明,该系统运行稳定,检焦精度为0.01 mm,满足了航空相机焦面位置精度要求。     

基于二元衍射面的长波无热化光学系统设计

仅用3片透镜,设计了一款匹配640×512氧化钒非制冷长波焦平面探测器的红外系统。该系统焦距为100 mm,F数为1.1,总长为107 mm,工作波段范围为8~12μm,引入一片二元衍射面实现无热化温度补偿功能。利用ZEMAX进行仿真设计,结果表明:在-40℃^+60℃温度范围内,系统奈奎斯特频率(30lp/mm)处MTF均达到0.49,接近衍射极限。该系统具有焦距较长,相对孔径大、全视场像质优良、温度适应良好、二元面衍射效率高、易于加工和结构紧凑的特点。