红外差热机理分析及沥青路面透水性红外检测仪的研发

为了能通过识别沥青路面在雨天饱水后的表面温度差异性对其透水性进行评价,首先对路表温度场与透水性的相关性进行分析,然后基于高速红外调制探头等硬件以及红外路表测温、信号转换和色谱绘制等软件系统,开发了一种该领域内首台连续测速达到100 km/h的沥青路面透水性红外差热检测仪.研究结果表明,通过用红外测温技术检测的路面温度差...     

机载IRST红外探测器组件热控设计研究

为实现机载IRST系统在宽温度范围、低气压环境、小外露尺寸约束条件下的性能提升,本文通过分析探测器参数对探测性能的影响,提出了降低探测器组件控温点以提升探测性能的思路,基于机载环境设计开发了探测器组件热控系统,经测试,探测器组件截止波长、探测率、盲元率等指标均得到改善,IRST系统等效探测能力提升15 %以上。该设计思路对于提升红外的侦察/探测系统性能,具有一定的参考意义。     

星载多路短波红外探测器温控系统设计

主要针对星载多路短波红外探测器的温度要求设计了高精度在轨温度控制系统。首先,在对工作温度控制需求进行分析的基础上,提出了该系统短波红外探测器的温度高稳定性要求;其次设计了高稳定性温度采集电路、低噪声热控驱动电路,并且在FPGA芯片上基于开关控制算法,产生了脉宽调制信号;然后利用该脉宽调制信号控制热电制冷器的驱动电流,实现了在资源有限的条件下,温度控制高稳定度的要求。最终性能测试的结果表明,温控的精度可以达到±0.1°的高稳定度要求,满足该多路短波红外探测系统星载工作温度要求。     

动力舱红外成像火情探测系统

火情探测是特种车辆灭火抑爆系统的重要组成部分,火情探测能力的高低直接影响车辆及其内部乘载员的安全。现有动力舱火情探测系统主要利用温度传感器和非成像光学火情探测器,但由于动力舱结构复杂,环境恶劣,基于温度传感器的动力舱火情探测系统由于无法实现舱内空间全覆盖安装,因此容易产生火灾漏报现象,而非成像光学火情探测器由于灵敏度过高容易产生火情误报现象,动力舱应用甚少。与现有动力舱火情探测系统不同,设计了红外成像火情探测系统,采用测温热像装置和测温显控装置,能够实现对动力舱一定目标空间内的实时温度监控,通过温度识别算法和设定预警温度阈值、报警温度阈值,实现了高温预警功能和火灾报警功能。利用标准火焰测试平台对探测系统进行了实验测试,结果表明红外成像火情探测系统的火灾响应时间小于5 s,满足国军标的要求。该系统将火灾发生后的报警提升到火灾发生前预警,能够有效避免动力舱火灾漏报问题,保护特种车辆内部人员安全。     

空间低温点目标红外探测系统的作用距离的计算与等效测试

应用于空间环境的低温目标红外探测系统,其作用距离是系统的重要性能指标。本文推导了以红外焦平面探测器噪声为主要因素的点目标红外探测系统的作用距离估算方程,结合实例求解了典型红外探测系统的探测系统的作用距离。针对空间低温点目标,基于信噪比判断准则,采用能量等效和尺度缩比等效的方法在实验室内验证了红外探测系统的作用距离,测试结果符合理论估算。试验表明,该方法可在实验室内用于评估低温点目标红外探测系统的作用距离。     

目标表面辐射温度控制研究

设计了一种目标表面辐射温度计算机监控系统,利用该系统可实现目标表面辐射温度的实时控制,使目标和背景辐射温度一致。背景的辐射温度利用红外探测器得到,目标表面辐射温度的控制利用帕尔贴效应来完成,系统的监控功能采用组态软件来实现。数据输入输出采用通用的I／O卡。实验结果表明该系统能够有效完成对目标表面辐射温度的实时控制。     

地球静止轨道红外相机热控设计及验证

随着相机分辨率的提升,相机光机主体温度水平及温度稳定性要求随之提高,且红外相机需要将探测器制冷到较低温度。工作于地球静止轨道的红外相机所处空间热环境复杂,相机光学系统会长时间受到太阳照射,且无长期背阴面,为相机的热控设计带来了很大的挑战。结合地球静止轨道空间热环境特点以及相机成像需求,采用遮光罩&热门的方式有效屏蔽外部热流的影响,将主光学系统温度控制在（20±3） ℃以内,为相机每天成像时间不少于20 h提供了温度保障;采用高效隔热技术以及高效热量排散技术将探测器控制在80 K以下,满足成像模式探测器温度需求。地面试验以及在轨飞行数据表明,相机的热控设计合理可行,为后续高轨红外相机的高精度控温提供了有力支撑。     

红外热成像系统的采集与驱动电路设计

高精度采集电路是构成高精度红外热像仪的重要组成部分.在简单介绍红外热成像系统基本原理的基础上,给出了用法国ULIS公司的384×288元非致冷红外焦平面阵列探测器设计的红外成像系统的硬件构成.该系统采用CPLD复杂可编程逻辑器件作为采集与驱动时序电路的核心控制芯片,以VSP2566作为采集芯片,把探测器输出的模拟信号转...     

具有自适应校正功能的红外成像系统设计

针对红外焦平面阵列（IRFPA）响应随温度及时间漂移的特点,及红外成像系统兼备测量和监视的要求, 设计了一种能够对环境自适应的长波非制冷红外成像系统。系统采用FPGA 单处理器架构,实现系统控制和图像处理等功能,简化了系统架构,降低了功耗。采用ADN8830 进行控温,使探测器工作在最佳工作温度点,保证了探测器的成像性能。提出了基于黑体快门的非均匀性校正技术,实现了红外图像的实时校正,并有效补偿了外部环境的影响。视频输出采用模拟和数字双输出方式,模拟视频输出为图像增强后输出,便于人眼观察,数字输出为12 bit 量化原始输出,可用于测量,系统可同时满足监视和测量的要求。试验结果表明,系统具有成像质量良好、环境适应性强、功耗低等特点。     

星载红外探测器组件环境适应性分析与性能优选

为满足低等级红外探测器组件在高可靠性领域的空间应用需求,对星载红外探测器组件进行温度循环试验、力学试验以及高温老炼试验等环境试验考核,并基于双积分球式均匀照明系统对环境试验前后红外探测器组件相对光谱响应率进行测试。通过对比环境试验前后红外探测器组件相对光谱响应率变化,分析红外探测器组件的环境适应性,揭示红外探测器组件的质量缺陷及其他潜在缺陷,剔除早期失效,并从参试红外探测器组件中筛选出性能优良的探测器应用在星载偏振扫面仪进行大气偏振探测。试验结果表明:参试的红外探测器组件在环境试验前后具有良好的稳定性和可靠性,可以满足航天载荷应用需求。     

锗测辐射热探测器性能的测试

为了银河系中心远红外的球载观测,采用了 Ge-Bolometer(锗测辐射热探测器)作为天体远红外辐射的探测器,由于气球的飞行高度在35km 附近,所以在球上的液氦致冷探测器的工作温度在1.7K 左右。本文讨论了在实验室中解决这样低温的致冷方法,最后讨论了探测器性能参数的测试装置和测试结果。     

320×256二类超晶格探测器驱动电路的设计

为了验证二类超晶格红外探测器的性能,设计了探测器的驱动电路。因红外探测器的灵敏度高,设计了低噪声电源偏置电路,优化了电路板的布局。结合320×256长波红外焦平面组件特点设计的驱动电路为探测器组件提供电源与偏置电压、时序与控制信号。实验结果表明,该驱动电路能基本满足二类超晶格红外成像系统低噪声、高精度的要求。     

基于InSb的新型红外探测器材料（特邀）

InSb单晶是制备工作于中波红外大气窗口（3~5 μm）光子型探测器的典型光电转换材料,采用该单晶材料所制备的InSb红外探测器以高性能、大规格像元阵列、高稳定性和相对低成本为特点,广泛应用于军用红外系统和高端民用红外系统领域。然而,InSb 红外探测器响应波长范围固定不可调节、响应仅限于短中波红外而对长波红外无响应、相对有限的载流子寿命制约器件高温工作性能等固有特点,限制了该型探测器在工程中的广泛应用。文中系统地介绍了基于InSb材料人们为改进上述不足所开展的新型材料及其光电响应方面的研究结果。这些材料主要包括:采用合金化方法改变InSb组分形成新型多元合金材料、采用量子结构形成新型低维探测材料。对于新型合金材料,介绍了材料的合金相图、带隙与合金组分的关系、带隙的温度关联特性,并给出采用该材料制备器件的典型光电性能;对于量子结构材料,介绍了材料的制备方法、带隙与量子尺寸的关系,以及采用该材料制备原型器件的典型光响应特性。最后,对新型InSb基红外探测材料与器件的发展趋势、关键问题、研究重点进行了探讨。     

基于ADN8831实现红外单光子探测器的精密温度控制

分析了在红外通信波段对量子密钥分配的达到最好的探测效率和最小的暗计数,存在一个最佳工作温度;而且探测器噪声对温度相当敏感.介绍了基于ADN8831控制器控制半导体热电制冷器来实现红外单光子探测器的精密温度控制的方法.给出了ADN8831芯片的特点和应用电路.实验表明该电路控制精度可达±0.01℃.利用此精密温控电路来改变InGaAs/InP雪崩光电二极管的工作温度,得到几组不同温度下光电流、暗电流-电压特性曲线.     

Sb基nBn型红外探测器发展现状

nBn结构红外探测器具有可消除SRH产生-复合电流和表面复合电流,实现高温工作等优点,从提出就备受全球多个研究机构青睐,并已经得到组件验证。锑基nBn结构红外探测器发展尤其迅速,已经在技术上得到突破,部分产品已经获得应用,红外探测器组件最高工作温度达150 K以上。本文从nBn结构锑基红外探测器工作原理、结构优势和国外发展现状等方面对该研究方向进行了综述报道,为高工作温度、高性能红外焦平面探测器发展提供了较好方向。     

非致冷红外热成象系统的性能理论值

描述了在室温下（非致冷）工作的热成象系统的噪声等效温度差ＮＥＴＤ及其相关的红外探测器的探测率Ｄ的理论值，并给出了它们与探测器温度、背景温度、大气窗口、红外成象光学系统、积分时间等因素的理论关系曲线。     

基于FPGA的星载HgCdTe探测器温控系统设计

大气主要温室气体检测仪采用HgCdTe探测器实现CO₂温室气体干涉光谱数据探测,HgCdTe探测器工作温度对探测器性能具有重要影响。针对HgCdTe探测器恒定低温下工作的需求,设计了温度采集电路与温控功率驱动电路,并以Actel公司反熔丝工艺FPGA作为主控单元, 结合PID算法,完成了星载HgCdTe探测器温控系统,实现了探测器在轨温度控制。实验及应用结果表明,控温精度优于0.5℃, 控温稳定性优于0.1℃/s,满足HgCdTe探测器在轨工作温度要求。     

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...     

非制冷红外成像数字组件的关键设计

近几年随着热成像技术的快速发展。实用化、低成本、高可靠的非制冷焦平面阵列红外探测器应用研发已成为热成像领域最令人关注的焦点之一。并有大量应用产品问世。本文以法国SOFRADIR公司8—12μm非制冷焦平面探测器IDML073-XX-V3为原型。采用DSP、FPGA、探测器的数字驱动和控制等大量新技术实现了红外实时成像。论述了非制冷焦平面探测器技术指标、控制信号以及成像总体技术和实现方法。并重点说明了DSP和FPGA数字信号处理电路的功能和设计方法。以及探测器数字温控原理。该组件结构紧凑、成像清晰、性能稳定,并能满足工业级的使用要求。     

热电偶动态校准及动态补偿技术研究

介绍了利用大功率半导体激光器发出的脉冲激光作为激励源,使被校准热电偶表面产生温升,用响应速度快的红外探测器和对被校准热电偶同时对此温度变化信号进行探测,由于红外探测器的频率响应优于被校准热电偶频率响应,因此,以前者测得的值作为真值来校准后者的动态校准系统。利用该系统对普通K型铠装热电偶进行了动态校准,得到红外探测器和被校准热电偶温度-时间的曲线。热电偶补偿环节采用动态补偿滤波器进行建模,由测得的数据曲线来确定滤波器的阶次和参数,从而确立模型结构,并利用交叉检验法检验模型的正确性。试验表明：通过动态补偿模型减小了热电偶的动态误差,使之更接近于实际值,并给出了普通K型铠装热电偶补偿曲线。