Написать нам

Поле необходимо заполнить!
Поле необходимо заполнить!
Поле необходимо заполнить!
Поле необходимо заполнить!
Не пройдена проверка от автоматических сообщений
Необходимо согласие на обработку персональных данных

Современные микроболометры технологии и характеристики

Основные понятия

Тепловизор - это прибор, который позволяет одинаково хорошо контролировать ситуацию (вести наблюдение) днем и ночью при любых погодных условиях, работая в тепловом, невидимом для человеческого глаза спектральном диапазоне и тем самым позволяя видеть, то, что недоступно приборам ночного видения, обычным телекамерам и телекамерам с инфракрасной подсветкой.
В настоящее время тепловизоры благодаря уменьшению их стоимости, улучшению эксплуатационных характеристик и снижению полной стоимости всего жизненного цикла изделия становятся более доступными для потребителей.

Рассмотрим простейшую схему тепловизора и определим положение его чувствительного элемента - микроболометра - на пути формирования выходного сигнала (рис. 1).

Современные микроболометры технологии и характеристики.jpgИнфракрасное излучение через специализированную, как правило, германиевую оптику попадает на детектор, чувствительные элементы которого меняют свои свойства, вследствие чего изменяется снимаемый с них электрический сигнал. Далее этот сигнал обрабатывается блоком электроники; информация об излучении преобразуется и выдается в понятном человеческому мозгу виде - псевдови-деоизображнии тепловой картины, принимаемой приемником (рис. 2). Такая картина может выглядеть, например, следуюцим образом:

Современные микроболометры технологии и характеристики.jpg

Монохромное или цветное отображение зависит не от детектора, а от интерпретации электроникой получаемого с детектора изображения (для охранных тепловизоров рекомендуется применение черно-белого варианта для более четкого различения образов оператором). Оптика для тепловизоров, как правило, сильно не различается по своим параметрам ввиду своей задачи пропускать излучение какого-либо определенного диапазона. Для тепловизоров, основанных на микроболометрах, этот диапазон составляет 7,5х14 мкм.

Основным элементом в тепловизоре, как и в любом другом приборе, является его чувствительный элемент. В тепловизорах - это микроболометр, от качества и характеристик которого будет зависеть конечная способность прибора выполнять свою функцию.
В этой статье мы рассмотрим технологии производства неохлаждаемых тепловизионных детекторов (микроболометров) в применении к двум наиболее развитым в настоящее время направлениям использования тепловизоров: контроль и диагностика; охрана и безопасность. Существует два класса тепловизионных приборов: на охлаждаемых детекторах и на неохлаждаемых - микроболометрах. Каждая из технологий имеет свои преимущества и недостатки, при этом обе развиваются достаточно интенсивно, поскольку применение любой из них имеет свои выгоды.
В данном исследовании мы будем рассматривать микроболометры, так как приборы на их основе насчитывают большее количество потребителей, благодаря меньшей по сравнению с другими тепловизорами цене. Мы полагаем, что при насыщенности рынка предложениями наблюдается недостаточная информированность пользователей о технологиях, используемых при производстве тепловизионной аппаратуры, что может вызывать неоднозначные выводы о приборах по критерию "цена-эффективность".
Также мы рассмотрим тенденции развития существующих технологий и постараемся спрогнозировать дальнейшее развитие технологии неохлаждаемых датчиков.
Производство микроболометров - высокотехнологичный и дорогостоящий процесс. В мире существует не так уж много компаний, которые могут позволить себе содержать данное производство. К законодателям мод и мировых тенденций в этом сегменте стоит отнести США, в которых находится несколько производителей микроболометров и где постоянно осуществляются вложения средств в научно-исследовательские работы по данной тематике.
Для полноты картины необходимо рассмотреть не только инфракрасные детекторы на основе микроболометров, но и другие технологии производства неохлаждаемых детекторов, поскольку мы объединили их в один большой класс.

Неохлаждаемые инфракрасные детекторы

Разделим неохлаждаемые детекторы на следующие классы:

В свою очередь, микроболометры подразделяются на два подкласса: VOx -микроболометр на оксиде ванадия и alpha-Si - микроболометр на аморфном кремнии. Ферроэлектрики также делятся на два подкласса: Thick Film BST - толстопленочная технология и Thin Film PLZT - тонкопленочная технология.
К другим неохлаждаемым датчикам можно отнести приемники на солях свинца и Poly-SiGe.
Как мы видим, технологий производства инфракрасных чувствительных элементов достаточно много, однако если взглянуть на распространенность приборов, построенных на тех или иных принципах, можно отметить подавляющее превосходство микроболометров и ферроэлектриков над всеми остальными технологиями. Поэтому мы сконцентрируем свое внимание на этих двух технологиях, а также рассмотрим более подробно существующие технологии производства микроболометров.
Для сравнения микроболометров и ферроэлектриков воспользуемся табл. 1, содержащей ключевые моменты производства чувствительных элементов и их выходные характеристики. В табл. 2 сравниваются микроболометры на оксиде ванадия (VOx) и аморфном кремнии (alpha-Si). Далее, используя данные этих таблиц, сделаем выводы о преимуществах и недостатках различных типов чувствительных элементов.

Современные микроболометры технологии и характеристики.jpg
Современные микроболометры технологии и характеристики.jpg

Производители и их технологии

Как мы уже отмечали, в мире существует всего несколько компаний, которые могут себе позволить содержать такое высокотехнологичное и наукоемкое производство, как выпуск неохлаждаемых инфракрасных чувствительных элементов.
Представим этих производителей и используемые ими технологии в табличном виде (см. табл. 3), чтобы читателю было проще сделать выводы о существующих направлениях и тенденциях в данном секторе рынка.

Современные микроболометры технологии и характеристики.jpg

Измерительные тепловизоры

Рынок измерительных тепловизоров переполнен разнообразными моделями. Порой достаточно сложно выбрать подходящую модель, оптимально реализующую критерий "цена-качество". На основе проведенных сравнительных исследований мы постараемся определить, на чем же следует остановиться термографисту при выборе прибора.
Прежде чем провести анализ и порекомендовать тот или иной тип детектора для измерительного тепловизора, необходимо рассмотреть классификацию измерительных тепловизоров по области их применения:

Итак, мы выделили пять больших классов измерительных тепловизоров, разумеется, их существует больше, но все другие классы можно привести к вышеперечисленным, поскольку конечные задачи их применения аналогичны.
Сразу отметим, что тепловизоры для научных целей и для поиска утечек газа и разливов нефти, как правило, требуют более высокой чувствительности и быстродействия, чем приборы на неохлаждаемых датчиках. Это обусловливает в большинстве случаев применение тепловизоров на основе охлаждаемых чувствительных элементов.
Таким образом, у нас осталось три класса измерительных тепловизоров, в которых применение неохлаждаемых детекторов обосновано и широко распространено. Представим эти классы и критерии выбора необходимого тепловизора в табличном виде (см. табл. 4).

Современные микроболометры технологии и характеристики.jpgОхранные тепловизоры

Охранные тепловизоры на неохлаждаемых датчиках все более и более привлекают к себе внимание благодаря последовательному уменьшению их стоимости как в момент покупки, так и в период владения прибором.
В отличие от измерительных тепловизоров охранные не измеряют температуру объектов -у них другие задачи. Соответственно и критерии к выбору данных приборов будут несколько иными. Представим также в табличном виде (см. табл. 5) критерии принятия решений и соответствие этим критериям существующих неохлаждаемых детекторов и, как следствие, систем на их основе.

Современные микроболометры технологии и характеристики.jpgО важности указанных параметров для охранных тепловизоров говорит следующее требование: охранный тепловизор должен давать четкие изображения нарушителя на возможно больших расстояниях при максимальном рабочем диапазоне температур, при этом изображение должно быть как можно более четким, чтобы исключить ложные срабатывания охранных систем.

Выводы

Итак, мы рассмотрели существующие технологии производства неохлаждаемых детекторов. В настоящий момент микроболометры выигрывают у ферроэлектриков с огромным преимуществом и подтверждение тому - ставка производителей на технологии микроболометров. В настоящее время лидируют две технологии микроболометров: на оксиде ванадия и на аморфном кремнии. Если мы проанализируем области применения и характеристики микроболометров, то сможем сделать выводы об оптимальном использовании того или иного типа микроболометров.
Так, для измерительных приборов, где важна чувствительность и качество изображения, следует применять микроболометры на оксиде ванадия, а где нужна высокая частота съема информации - на аморфном кремнии.
Для охранных камер оптимальным выбором станет тепловизор с микроболометром на оксиде ванадия, он обладает более высокой чувствительностью, отличается стабильным изображение и работает при более низких отрицательных температурах, нежели прибор на аморфном кремнии, а это в российских условиях чуть ли не главный критерий в системах тотального контроля 24/7!

Комментарии

Комментарии временно отсутствуют

Последние статьи

Дальномерные модули от компании KARNEEV SYSTEMS
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Дальномерные модули от компании KARNEEV SYSTEMS

Лазерный дальномер — это оборудование, с помощью которого измеряют расстояние. Данные приборы делятся на две крупные категории – бытовые и профессиональные.

Высокоскоростные камеры от компании KARNEEV SYSTEMS
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Высокоскоростные камеры от компании KARNEEV SYSTEMS

Высокоскоростная камера – это оборудование, с помощью которого производится высокоскоростная, ускоренная или рапидная съемка. Особенность этого процесса заключается в частоте кадров в секунду (от 32 до нескольких тысяч).

 Системы дневного и ночного видеонаблюдения от компании KARNEEV SYSTEMS
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Системы дневного и ночного видеонаблюдения от компании KARNEEV SYSTEMS

Прогресс не стоит на месте, каждый год появляются все более современные и новые тепловизоры. В настоящее время такое устройство как тепловизор применяется во многих сферах жизни современного общества.

Гиростабилизированные подвесы для БПЛА от компании компании KARNEEV SYSTEMS
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Гиростабилизированные подвесы для БПЛА от компании компании KARNEEV SYSTEMS

Беспилотные летательные аппараты получают все более широкое распространение в разных сферах - от профессиональных съемок до любительского использования. Для того, чтобы они выполняли свои функции, используются гиростабилизированные подвесы.

Поворотные тепловизоры серии М в компании KARNEEV SYSTEMS
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Поворотные тепловизоры серии М в компании KARNEEV SYSTEMS

Поворотные тепловизоры используются на объектах, где необходим контроль за большими территориями. Речь идет о нескольких километрах. Данные устройства помогают вовремя увидеть нарушителей.

Системы внутрипечного мониторинга от компании KARNEEV SYSTEMS
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Системы внутрипечного мониторинга от компании KARNEEV SYSTEMS

Высокотемпературное промышленное эндоскопическое телевизионное/тепловизионное оборудование для печей типа KS VPM функционирует в системе замкнутого цикла, охлаждая сжатый воздух и циркулирующую воду.

Тепловизионные модули от компании KARNEEV SYSTEMS
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Тепловизионные модули от компании KARNEEV SYSTEMS

Тепловизионный модуль, называемый по-другому тепловизором, – малогабаритный прибор, служащий частью оптоэлектронных наблюдательных систем.

Взрывозащищенные камеры и тепловизоры от компании KARNEEV SYSTEMS
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Взрывозащищенные камеры и тепловизоры от компании KARNEEV SYSTEMS

Для современной тяжелой промышленности характерна высокая степень опасности на производственных объектах. В связи с этим работа людей в рамках наблюдения за ходом многих технологических процессов затруднена, а в некоторых случаях – полностью невозможна.

Особенности высокотемпературного мониторинга
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Особенности высокотемпературного мониторинга

Промышленные производства, на которых присутствует повышенная температура, являются потенциально опасными. Так, например, в сталелитейном производстве, нередки случаи выгорания футеровки. Указанные инциденты могут приводить к возгоранию, человеческим жертвам и существенному материальному урону предприятию. Поэтому необходимо наличие устройств мониторинга на высокотемпературных производствах

Тепловизионный контроль - принципы и методы работы бесконтактной биометрии
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Тепловизионный контроль - принципы и методы работы бесконтактной биометрии

Измерение температуры сотрудников и посетителей стало ежедневной рутиной и абсолютной нормой для многих организаций. Если еще совсем недавно большинство компаний выделяли под эту цель сотрудника, стоявшего на входе в здание с бесконтактным термометром, то сегодня для многих возникла необходимость автоматизации задачи. Осуществить это позволяет оснащение предприятий тепловизорными системами, благодаря которым можно выполнять одновременно несколько действий, в том числе: идентифицировать людей, проверять у них наличие масок на лицах, а также измерять им температуру.

О том, как проводится тепловизионный контроль, предлагаем ознакомиться в подготовленном материале!