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中国军用红外线领域与民用领域应用分析

阅读 781 下载 1 大小 82.27K 总页数 0 页 2022-11-03 分享
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中国军用红外线领域与民用领域应用分析
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中国军用红外线领域与民用领域应用分析红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种,又称红外光、红外热辐射,是波长介乎微波与可见光之间的电磁波,波长在0.76至1,000微米之间.红外线是自然界中存在最为广泛的辐射,所有温度高于绝对零度(-273℃)的物质都不断地辐射红外线,红外线能量的大小与物体表面的温度和材料特性直接相关,温度越高,红外线能量就越大红外热成像仪也叫红外成像系统或红外探测系统,是一种用来探测目标物体的红外辐射,并通过光电转换、电信号处理等手段,将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的高科技产品.红外图像转换成可见图像分三步进行,第一步是利用对红外辐射敏感的红外探测器把红外辐射转变为微弱电信号,该信号的大小可以反映出红外辐射的强弱;第二步是利用后续电路将微弱的电信号进行放大和处理,从而清晰地采集到目标物体温度分布情况;第三步是通过图像处理软件对上述放大后的电信号进行处理,得到电子视频信号,电视显像系统将反映目标红外辐射分布的电子视频信号在屏幕上显示出来,得到可见图像红外热像仪组成部件及技术包括红外光学系统、红外焦平面探测器、后续电路、图像处理软件.其中,红外焦平面探测器是红外热像仪的核心部件,探测器水平直接决定了最终形成的可见图像的清晰度和灵敏度.它是利用红外辐射与物质相互作用所呈现出来的物理效应探测红外辐射的传感器,多数情况下是利用这种相互作用所呈现出来的电学效应.它也是热像仪主要成本构成,在制冷热像仪中,探测器成本高达70%,在非制冷热像仪中,探测器成本占据了1/3-1/2左右.红外探测器的设计、生产及研发涉及到材料、集成电路设计、制冷和封装等多个学科,技术难度很大.自20世纪40年代德国研制出硫化铅探测器以来,红外技术有了很大的发展.红外探测器发展至今可以被划分为三代,第一代以分立型为主,元数在103元以下,有线列和小面阵结构:第二代为扫描型和凝视型焦平面结起来的焦平面阵列,规模在103~106元:第三代以凝视型为主,规模在106元以上,且强调双波长(双色)或多波长(多色)响应和更强的智能化逻辑处理功能,以及价格较低的非制冷焦平面阵列等三代红外探测器代表产品三代红外探测器代表产品代表产品美国的60元、120元、180元光导HgCdTe器件,第一代法国5×11元光伏HgCdTe器件,英国4条(或8条)扫积型HgCdTe器件等4×240元、4×480元HgCdTe和256×256元、第二代320×240元InSb、HgCdTe等第三代超晶格多量子阱红外探测器(QWIP)、HgCdTe双色探测器根据探测机理不同,红外探测器可分为光子红外探测器和热敏红外探测器:根据工作温度和制冷需求,分为制冷型和非制冷红外探测器:根据响应波长,可分为近红外、中红外、远红外和极远红外探测器.划分维度之间不是完全的相互分离,只是维度不同,在实际中,一种探测器往往兼具上述的几个特征非制冷探测器与制冷探测器各有优势:制冷型红外焦平面探测器的优势在于灵敏度高,能够分辨更细微的温度差别,探测距离远,但是其结构复杂且成本高昂,主要应用于高端军事装备;非制冷红外焦平面探测器无需制冷装置,能够在室温状态下工作,具有启动快、功耗低、体积小、重量轻、寿命长、成本低等诸多优点.可以满足一般军事需求及大部分民用需求.晶圆级封装决定红外探测器的成本:金属管壳封装是最早开始采用的封装技术,技术已非常成熟,由于采用了金属管壳、TEC和吸气剂等成本较高的部件,导致金属管壳封装的成本一直居高不下,使其在低成本器件上的应用受到限制.陶瓷管壳封装是近年来逐渐普及的红外探测器封装技术,可显著减小封装后探测器的体积和重量,且从原材料成本和制造成本上都比传统的金属管壳封装大为降低,适合大批量电子元器件的生产,但是尺寸仍过大,成本仍然较晶圆级封装是与陶瓷管壳封装技术相比,晶圆级封装技术的集成度更高,工艺步骤也有所简化,更适合大批量和低成本生产.晶圆级封装技术的应用为红外热成像的大规模市场(如车载、监控、手持设备等)提供了具有足够性价比的探测器.晶圆级封装技术的实现,可以提高封装效率,降低核心器件体积,做到了小型化、低功耗、低成本,给拓展民用领域提供了更多可能性.应用领域涵盖个人视觉、工业检测、检验检疫、智慧家居、消费电子、警用执法等红外热成像仪最早运用在军事领域:红外热成像仪能在完全黑暗的环境下探测到物体,即使在有烟雾、粉尘的情况下也不需要可见光光源,因此可以全天候使用.红外热成像仪以被动的方式探测物体发出的红外辐射,比其他带光源的主动成像系统更具有隐蔽性.由于红外热成像具有隐蔽性好、抗干扰性强、目标识别能力强、全天
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