基于半导体制冷片的温度控制系统的设计

设计一种用于缸外传感器工作温度调节控制的模块,使红外传感器在低温下工作,以提高红外传感器的探测性能.通过以mega16芯片为核心,以半导体制冷片为制冷元件,以PID算法为基础构建了一套半导体温度调节系统[1].实验结果表明,半导体制冷温度控制系统能够为红外探测器提供所需的工作温度.     

本征超导辐射探测器的研究

报道了本征超导辐射探测器的实验过程及结果分析．探测器是利用超导的临界电流与温度的关系（Ｉｃ－Ｔ）来工作的，而且完全工作在超导本征态．高温超导薄膜为采用准分子激光消融法制备的ＹＢＣＯ外延超导薄膜．采用离子束干法刻蚀进行器件的图形制备．在８～１４μｍ红外波段进行了探测器的光响应测试．调制频率为１０Ｈｚ时，探测器的等效噪声功率（ＮＥＰ）为１．８×１０－１２Ｗ·Ｈｚ－１／２；归一化探测度为２．５×１０９ｃｍ·Ｈｚ１／２·Ｗ－１．实验表明，在低于Ｔｃ的温度范围内，探测器具有平坦的光响应与温度的曲线，从而克服了传统的Ｂｏｌｏｍｅｔｅｒ探测器工作温度过窄的缺点．     

非致冷红外焦平面阵列的辐射定标模型

为了将非致冷红外焦平面阵列应用于不同环境的辐射定量测量,设计了一种基于标准辐射源的定标试验方法,并在理论分析的基础上,根据定标试验数据,提出了一种考虑探测器工作温度效应的非致冷红外焦平面阵列辐射定标模型.试验数据分析表明,非致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/(m2·sr).     

红外探测器光谱响应测量研究

设计了一个红外探测器的光谱响应测试系统,并对系统原理进行了分析.对不同温度和频率情况下的热释电探测器进行光谱响应实验.实验结果表明,热释电探测器对红外辐射信号的响应不同,但电压变化曲线的趋势基本一致,从而验证了红外探测器光谱响应理论.该设计能有效抑制系统的干扰信号,提高信噪比,具有测量精度高、稳定性好的优点.     

星载红外预警探测器工作机制和对抗方式

星载红外预警探测器通过探测火箭发动机尾焰的红外辐射来搜索、跟踪导弹目标。是导弹预警卫星最重要的一种载荷。简述了星载红外预警探测器的作用和特点。总结了当前星载红外预警探测器的发展趋势。工作波段的选择是红外探测系统设计的一个关键问题．分析了星载红外探测器工作波段的选择,指出地球大气层的红外吸收特性是决定星载红外探测器工作波段选择最重要的因素。星载红外预警探测器目前采用基于时间延迟积分技术的红外焦平面阵列敏感器,简要分析了其工作机制。对于星载红外预警探测器所采用的扫描、凝视两类典型探测模式,给出了探测原理,分析了其各自的优缺点。未来天基导弹预警将使用这两类探测器搭配工作。初步研究了针对星载红外预警探测器的各类被动和主动对抗方式。     

高Tc超导薄膜红外（光）探测器的研究

系统地报道了近年来关于高Ｔｃ超导薄膜红外（光）探测器的研究成果，先后进行了单元分立器件、２×２、２×４集成式阵列器件以及约瑟夫逊结型红外（光）探测器的研究。器件经过１０多次的液氮温度至室温的冷热循环，并在室温下保存两年以上，所得测量结果基本不变。采用具有约瑟夫逊效应的高Ｔｃ超导双晶晶界结的光探测器具有量子效应，其响应速度快于６．３５×１０－７ｓ。     

基于碳纤维红外辐射特性的除冰研究

采用通电加热方式研究了PAN基碳纤维的红外发热特性,进一步探索了其除冰性能。结果表明随输入功率的增加,碳纤维表面的升温能力显著提升,当输入功率为23.92 w时,样品在100 s内可升至215 ℃。当输入电压低于5 V时碳纤维电阻出现先增加后减小的现象,表明了PAN基碳纤维的半导体特性,红外成像测试表明碳纤维表面温度分布均匀。融冰实验表明碳纤维样品的面积、温度、距离、融冰水等因素都对融冰速率都有影响,随着碳纤维加热片样品温度和面积的增加以及融冰水的去除冰柱融化时间不断缩减,纤维红外辐射强度随距离增加而迅速衰减。恒定温度为125℃时,5 cm × 5 cm样品最大融冰速率为0.385 g/min。恒定面积时,125 ℃时最大融冰速率相对于室温自然融化提升了115.3%。当面积温度恒定时,有无融冰水情况下,融冰速率相差43.9%。实验证明,利用碳纤维的红外辐射加热在飞机除冰方面这具有较大潜在应用价值。     

一种数字式红外火焰探测器

目的 寻求一种可靠性高、可探测设备内外火情的火焰探测器。方法 应用红外辐射原理,采用响应波长范围为１．５～３．０μｍ的流化铅光敏电阻作为红外光敏探测器件,由４个探测器件两两配对,构成具有２＋２测量区域的双红外系统,可探测半球区域的数字式红外火焰探测器。结果与结论 该探测器抗干扰能力强,对光窗污染不敏感,可用于探测设备内外火情,特别适用于易燃易爆场合的火情监测。     

高压开关柜温度实时监测系统的设计与实现

采用间接提高金属Cu、Al的红外辐射率的方法,结合单片机技术,解决了采用红外测温技术测量金属Cu、Al温度的自动校准和定标问题,提高了红外测温的精度,实现对高压带电导体的实时温度监测,满足了高压电力系统中电缆接头和开关触点温度进行实时监控的需求.     

热释电薄膜在红外探测器中的应用与研究进展

探讨了热释电效应及热释电薄膜红外探测器的工作模式,特别是探测器单元对热释电薄膜的材料与低温生长要求.为了克服薄膜生长过程中较高的基片温度对ROIC的破坏性影响,一方面发展了离子束辅助沉积、外延缓冲层等多种低温生长技术;另一方面发展了复合探测器结构设计,已研制出了性能良好的铁电薄膜非制冷红外焦平面阵列,其NEDT可达20 mK.     

长波红外探测器的辐射定标

辐射定标是实现红外测温技术的基础。针对复杂环境下,大范围高温区域的测量任务,建立辐射定标数学模型。首先,采用长波红外热像仪和高温黑体炉进行定标实验,分析探测器响应灰度值与黑体辐射的关系。然后,考虑到探测器在测温过程中有可能进入饱和状态,进一步分析探测器响应灰度值与积分时间的关系。提出综合考虑黑体辐射和积分时间的定标计算方法;并给出了热像仪的理论测温范围的推导过程。最后,通过辐射定标数据的温度反演验证该方法的准确性,获取可参考的理论测温范围。实验结果证明该方法满足应用需求,不仅能够快速、有效地得到定标数据,而且对实际的应用具有一定的指导作用。     

飞机目标的红外建模与探测器成像

基于红外物理学、热传递学,分析了飞机飞行过程中的主要辐射源.运用商业软件FLUENT,计算得到了飞机温度场和辐射场分布.综合大气透过率、探测器响应等因素影响,推导导引头探测器的基本教学模型.最后在搭建OpenGL软件平台的基础上,通过实验得到了导引头探测器接收到的飞机红外辐射图像.     

红外热成像系统温度漂移补偿算法研究

针对红外焦平面阵列(infrared focal plane arrays, IRFPA)响应输出易受到环境温度变化的影响,且长时间工作后易发生温度漂移,导致红外热成像系统测温误差大,为此提出了一种红外热成像系统温度漂移补偿算法。该算法建立了红外焦平面阵列响应输出随环境温度变化的补偿模型,利用该模型对IRFPA每个像素响应输出值进行逐一修正。将该补偿算法加入红外热成像系统中,进行红外目标的温度显示实验。实验结果表明,该算法能够有效减少环境温度变化引起的测温误差,提高红外热成像系统的测温精度。     

红外辐射对比度概念的探讨

为了更方便理解红外辐射对比度的含义,针对目前红外辐射对比度计算使用的物理量和公式比较混乱的情况,从红外探测的实现方法出发,分析指出对比度衡量的标准物理量应该为在探测器处的红外辐射照度。当目标与背景不在同一位置且与探测器相距较远时,用辐射亮度、辐射出射度计算对比度分析探测效果是不恰当的。相对对比度应该使用目标与背景在探测器处的红外辐射照度差值的绝对值除以目标与背景的红外辐射照度平均值作计算。     

温度补偿电路的三次设计

本文介绍了研制新型红外跟踪探测装置中温度补偿电路的三次设计过程，提高了该装置在恶劣环境下性能的稳健性．     

红外线阵探测器非均匀性校正的DSP实现

红外线阵探测器推扫成象是当今红外成象技术发展的主流方向,但普遍存在着的探测器响应率非均 匀性问题影响了系统成象的质量。首先分析了红外线阵探测器非均匀性的成因,然后讨论了非均匀性校正 的算法,并在此基础上着重论述了一种基于DSP的硬件实现,给出了试验结果。     

HgCdTe材料的制备及其红外器件综述

近年来，HgCdTe材料在红外领域的应用得到了长足的发展，并成为继Si和GaAs以后最为重要的半导体材料之一。在发展过程中，由最初的采用体材料直接制作器件，发展到目前利用薄膜技术来制作器件，并通过灵活运用各种薄膜的制备和掺杂技术，采用不同的器件结构，使器件的性能取得了极大的提高。由单元到多元到焦平面，由单色到双色，由低温到高温，由短波波段到长波波段，HgCdTe红外探测器已发展成为了种类最齐全，应用最广泛的一类红外探测器。     

锑化物超晶格长波红外焦平面探测器研究进展

锑化物的研究开始于20世纪50年代,70年代随着超晶格概念及后来能带工程的出现,锑化物在红外探测领域的潜力逐渐显露.基于现实的需求,锑化物材料的生长外延及工艺处理技术取得了快速进步,这也得益于之前对Ⅲ-Ⅴ族材料的大量研究.Ⅱ类超晶格(T2SL)的发展主要源于两个主要原因:首先相对于HgCdTe材料,Ⅱ类超晶格具有低成本、可重复性、可操作性、高均匀性等优势,尤其在长波红外及以上波段,Ⅱ类超晶格相对于HgCdTe的优势更明显.其次与HgCdTe材料相比,Ⅱ类超晶格具有很低的俄歇复合概率,这意味着Ⅱ类超晶格红外探测器具有比HgCdTe探测器更低的暗电流或更高的工作温度,提高长波焦平面的工作温度对于降低成像系统的功耗、尺寸及重量至关重要.另外,大气窗口在8–14μm有最高的透射率,同时温度为室温(300 K)的物体所发射的红外辐射波长大约为10μm.因此,长波红外探测对于InAs/GaSbⅡ类超晶格极具价值.理论上Ⅱ类超晶格红外探测器在等效截止波长下能提供同等或超越HgCdTe探测器的性能.但由于Ⅱ类超晶格材料在少子寿命上与HgCdTe存在很大差距,导致Ⅱ类超晶格探测器在耗尽区有很高的产生复合电流.为了抑制产生复合电流及其他机制暗电流,提出了各种结构并应用于Ⅱ类超晶红外探测器上,如PπMN结构、CBIRD以及单极势垒型等,极大地降低了长波器件的暗电流,同时增加了器件阻抗及探测率.此外,InAs/InAsSb超晶格的提出,避免了由Ga在禁带引入复合中心,有效地提高了少子寿命.随着Ⅱ类超晶格技术及理论的不断完善,锑化物超晶格长波焦平面在可操作性、均匀性、稳定性、可扩展性上的优势将更为明显.