红外焦平面探测器模拟装置设计

红外焦平面探测器价格昂贵,不慎损坏将带来巨大的经济损失,使用探测器模拟装置进行调试可以降低风险,装置采用CMOS传感器＋DSP＋FPGA的体系结构。传感器产生1280×1024可见光图像发送给DSP,DSP对数据处理后写入双端口存储器,FPGA读取数据并缓存后根据收到的MC、INT信号及窗口尺寸和位置等配置情况对缓存的图像进行开窗,生成DV等信号并控制数模转换器将图像数据转换为四路模拟信号输出,FPGA控制模数转换器对接口电路电源进行检测。实验结果表明,模拟装置能够较全面模拟探测器各项功能和工作模式,可以有效降低装调风险并提高测试效率。     

一种二极管型红外热探测器热学参数的电学等效测 试方法

红外热探测器的热学参数包括热容、热导、热响应时间,反应了结构信息和器件性能。精确有效地获得这些参数,对探测器的结构优化与性能评估具有指导意义。二极管型红外热探测器是红外热探测器的主要类型之一。基于二极管型红外热探测器的自热效应,提出了一种热学参数的电学等效测试方法,具有测量精度高且实现简单的特点。并对自制的一款二极管型红外焦平面阵列像元进行了测试,测试结果与理论分析相符,验证了方法的可行性。     

一种新的红外焦平面阵列调整电路设计

提出了一种新的红外焦平面阵列调整电路(skimming)设计。新的调整电路包括MEMS像元模块和非均匀性校正模块。该电路能够减少阈值电压对传统调整电路的影响,以及对探测器制造工艺引入的非均匀性进行补偿。MEMS像元模块通过控制明像元电路和盲像元电路中的电压值用于调节电路本身的非均匀性,同时非均匀性校正电路用以弥补探测器制造过程引入的像元电阻非均匀性。该电路应用于阵列为640×480的红外焦平面阵列上,采用TSMC 0.18 μm工艺进行设计、仿真。仿真结果表明:MEMS像元模块能够使明像元电路和盲像元电路具有一致性;明像元电阻的非均匀性小于3 %,最大积分电流失调为200 nA,非均匀性校正模块的补偿电流大于200 nA,符合设计要求,使得调整模块输出电流变大,积分电压变大,达到显示效果变亮的目的。     

拼接红外探测器冷头设计

随着红外探测技术的快速发展,具有长线列/大面阵特征的拼接探测器应用需求越来越广泛。本文结合国内外拼接探测器封装技术的研究情况,分析了拼接探测器冷头结构的常用材料和设计方法,对于拼接探测器的研制具有一定的参考价值。     

二极管型非制冷红外探测器的前端电路设计

设计了一种二极管型非制冷红外探测器的前端电路,该电路采用Gm-C-OP积分放大器的结构,将探测器输出的微弱电压信号经跨导放大器(OTA)转化为电流信号,再经电容反馈跨阻放大器(CTIA)积分转化为电压信号输出。该OTA采用电流反馈型结构,可以获得比传统OTA更高的线性度和跨导值。输入采用差分结构,可以有效地消除环境温度及制造工艺对探测器输出信号的影响。电路采用0.35 m CMOS工艺进行设计并流片,5 V电源电压供电。Gm-C-OP积分放大器总面积0.012 6 mm2,当输入差分电压为0~5 mV时,测试结果表明:OTA跨导值与仿真结果保持一致,Gm-C-OP积分放大器可实现对动态输入差分信号到输出电压的线性转化,线性度达97%,输出范围大于2 V。     

基于空间应用的红外探测器驱动电路设计

以空间应用为目的,提出基于国产1024×6长波红外探测器的驱动电路设计方案。该方案利用LDO和电压跟随器产生探测器需要的驱动电压。通过对该方案进行论证及在某型号空间相机中应用,证明该方案切实有效,能够较好的满足空间应用需求。     

红外瓦斯检测与矿工位置确定系统的设计

瓦斯浓度直接影响到矿井的安全生产和矿工人身安全,瓦斯爆炸所引发的矿难是我国煤矿生产的头号大敌.讨论基于STC单片机作为核心控制器件,外围LCD显示、声光报警、红外传感器件等实现检测煤矿井下空气中CH4含量.同时,采用RFID技术和红外摄像机共同构成矿工位置确定系统,给出了系统构成和主程序流程.整个系统力求稳定、功耗低,同时符合煤矿本安的技术要求.     

红外探测器的低噪声前置放大电路设计

在红外探测器的工程应用中,前置放大电路是影响整个探测系统性能的重要组成部分。本文从制冷型碲镉汞光导红外探测器的工作特性出发,设计了一种恒流偏置的低噪声前置放大电路。对电路的工作原理以及噪声性能进行分析,并进行了电路仿真验证以及低噪声的性能测试。实验结果表明,基于窄带滤波法设计的前置放大电路信噪比达到80 dB,具有60~120 dB的可调增益,可以有效抑制噪声并检测到10-8A量级的微变交流信号,在信号检测方面达到了良好的检测效果。     

红外双波叠层结构探测器微透镜阵列的设计

介绍了一种双波段红外探测器叠层结构微透镜阵列的设计,从实际光线角度进行建模,考虑微透镜加工线宽的要求,利用光学非成像理论的原理优化。并根据微透镜的衍射效率进行量化,分析了影响占空比因素的计算方法等,并对其进行了详细说明。该设计方法从实际入射光线建模,思路新颖,该方法经加工微透镜与探测器耦合后验证可行。给微透镜阵列的设计者一些启发,可用于其他多种叠层结构探测器的微透镜阵列设计。     

红外探测器寿命试验设备真空系统研制

对于空间应用的红外探测器组件,定数截尾寿命试验是一种很重要的可靠性试验方法,其统计结果是可靠性预测的重要依据。考虑到红外组件试验过程的高真空要求,设计了一种多工位真空系统。在完成系统的结构设计和关键部件的真空设计后,进行了生产加工并通过了实验验证。实验结果表明,本文设计的真空系统功能可正常运行,系统空载真空可达到2.42×10-5Pa,满足等工位真空度优于3×10-4Pa的系统要求。     

一种长波红外光导探测器CMOS电路设计

CMOS 电路是高输入阻抗,而长波红外光导探测器是低阻抗,实现低阻抗红外光导探测器与CMOS 电路的良好匹配,是目前长波红外探测器高性能成像的关键技术。文中设计了一种能在低温下工作的低阻抗红外光导探测器CMOS 电路,差分放大器采用正负电源供电,在输入级采用桥式输入方式,该电路第一级采用1M的负反馈电阻实现信号放大,第二级放大采用正端放大方式,输入级、第一级放大、第二级放大均采用直接耦合方式。测试结果表明,该放大器与长波红外低输入阻抗光导探测器连接后能正常工作,总放大倍数大于1 万倍,3 dB 带宽大于4 kHz,等效输入电压噪声小于1.5 V,有效地解决了低阻抗光导探测器与高阻CMOS 电路的匹配问题。     

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。     

红外焦平面探测器热应力的有限元仿真方法分析

以64×64红外焦平面探测器为例,构建了包含探测器芯片、铟柱、填充胶和读出电路的全尺寸有限元仿真模型,与探测器芯片、填充层和读出电路的简化模型进行对比。研究表明,两种模型在芯片热应力的变化趋势上保持一致。由于铟材料与碲镉汞材料之间的热膨胀系数相差较大,随着芯片尺寸的增大,铟柱的影响逐渐增加,填充层简化模型计算得到的芯片热应力与全尺寸模型的热应力的差距会越来越大。     

New infrared detector on a silicon chip

We report a single-crystal Si-Ge structure which works as an efficient photodetector in the wavelength region of up to 1.5 µm. The multilevel structure is grown by molecular-beam epitaxy on an n-type 3-in silicon substrate and consists of the following layers: n⁺silicon (1000 Å), n⁺GexSi1 - xalloy (1800 Å, graded in ten steps fromx = 0tox = 1), n⁺germanium (1.25 µm), undoped germanium (2.0 µm), and p⁺germanium (2500 Å). Top three layers form a germanium p-i-n diode, which is removed from the Ge-Si interface by a buffer layer of high conductivity. An advantage of this structure is that its performance is insensitive to material defects in the buffer layers. Moreover, transmission electron microscopy shows that the density of dislocations introduced by lattice mismatch at the Ge-Si interface falls off with the separation from the interface. Our first experimental structures do exhibit the characteristics of a germanium p-i-n diode. The spectral response curves agree with those given in the literature for germanium, both at room and liquid nitrogen temperatures. For the incident light wavelength of 1.45 µm we have measured a quantum efficiency of 41 percent at T = 300 K. we believe that our approach opens an attractive possibility of fabricating complete infrared optoelectronic systems on a silicon chip.     

微型热导检测器的结构设计研究

基于MEMS技术设计了一种新型结构的微型热导检测器。选择了高电阻率、高温度系数的热敏元件,以四臂直通式作为结构模型,并对结构器件材料的热耗散性能进行仿真分析,采用热损耗最小的聚酰亚胺作为绝热层,以微加工工艺为基础完成了微型热导检测器的制作。实验结果表明,该新型热导检测器测量体积分数85%的标准气体时最大误差为0.068%,相比传统的热导检测器灵敏度提高约25%。     

Microstrip antenna-coupled infrared detector

A novel type of antenna-coupled infrared detector consisting of a niobium microbolometer integrated with two microstrip patch antennas is reported. This is the first microstrip antenna structure proven to detect thermal infrared radiation. A polarisation ratio of >20:1 and a time constant of <150 ns have been measured for this type of detector     

InGaAs短波红外探测器

与InP衬底晶格常数相匹配的In0.53Ga0.47As材料能够制作出高质量的光电探测器,可工作在室温或热电制冷条件下,光响应谱范围为0.92～1.7μm,具有高达80%以上的量子效率.通过对InGaAs探测器芯片平面和平台式结构的分析,以及InGaAs芯片和HgCdTe芯片的性能测试、比较,充分证明了InGaAs材料芯片的优越性及研制在室温下工作的高性能InGaAs探测器的可行性.对InGaAs芯片相对光谱特性的测试表明,InGaAs材料温度响应重复性较好.     

基于PCIe总线的红外探测器图像采集系统设计

文中介绍了一种基于PCIExpress（PCIe）总线的高速红外探测器图像采集系统,重点介绍了PCIe图像采集卡和系统的软件设计。PCIe图像采集卡基于FPGA的硬件结构,采用LVDS（Low Voltage Differential Signaling）信号采集高速红外探测器图像数据．通过PLX Technology公司的PEX8311实现PCIe总线2．5Gb／s高速串行数据的收发。系统的软件设计包括驱动程序和应用程序两部分。经测试与验证,该系统能完成红外探测器图像数据的实时采集、处理及存储。性能稳定可靠。系统适用于高帧频、大数据量的红外探测器图像实时采集。     

基于LASSO回归的红外火焰探测器的设计与实现

基于LASSO回归,提出一种应用于三波段红外火焰探测器的具体识别算法,同时进行了硬件电路以及软件程序的设计。在火焰探测器在检测过程中可能出现数据不稳定、环境多样化的复杂情况,从而提取到的特征存在多样性和复杂性。本文利用LASSO回归良好的预测能力、系数压缩能力和特征选择能力,有效提升了对三波段红外火焰的精确度和灵敏度,同时LASSO回归还具有效率高、预测精度高、解释性强等特性。实验证明LASSO相比于传统火焰识别算法在逼近精度、收敛速度和鲁棒性等多个方面都有所提升。     

一种基于FPGA的红外探测器模拟器的设计

红外探测器模拟器可以在多个场合代替探测器使用,可以减少价格高昂的红外探测器不必要的损伤,因此具有很高的实用价值。本文介绍了一种以Xilinx公司FPGA芯片作为核心,配以D/A转换器的红外探测器模拟器的设计方法,给出了FPGA内部的详细设计,并对模数混合电路制版时的注意要点进行介绍。