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!

Последние статьи

Обнаружение возгораний с помощью решений от компании KARNEEV SYSTEMS
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Обнаружение возгораний с помощью решений от компании KARNEEV SYSTEMS

Применение на производстве современных систем мониторинга, использующих уникальные технические решения KARNEEV SYSTEMS, гарантирует высокую оперативность обнаружения возгораний при низком проценте ложных срабатываний.

Мониторинг состояния газификаторов
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Мониторинг состояния газификаторов

В связи с тем, что количество запасов природной нефти уменьшается с каждым годом, актуальной становится возможность получения теплоносителей и сырья для химического синтеза из других источников. В первую очередь, это касается получения синтез-газа. Это смесь газов, состоящая из водорода, метана, угарного и углекислого газов.

Мониторинг сталелитейного производства
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Мониторинг сталелитейного производства

Различные производственные отрасли требуют от металлургии внедрения более высоких стандартов качества продукции. Речь идёт о строгом соответствии, как состава сплавов, так и режимов температурной обработки, что определяет основные эксплуатационные характеристики продукции.

Использование тепловизоров в промышленном производстве
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Использование тепловизоров в промышленном производстве

Тепловизоры в промышленности используются довольно давно, однако в России в автоматизации производства измерительные тепловизоры активно начали внедряться буквально несколько лет назад. В этой статье посмотрим на основные отрасли промышленности и возможности применения в них тепловизоров для контроля технологических процессов и различного рода оборудования.

Средства борьбы с беспилотниками
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Средства борьбы с беспилотниками

Большинство мировых стран заинтересовано в создании перспективных образцов боевых дронов (БЛА) и беспилотников (БПЛА). Отличие от этих двух роботизированных систем в том, что дрон (БЛА) при передвижении не может программироваться заранее, он управляется с земли через навигационную систему

Сочетание машинного наблюдения и измерения температуры Часть 4
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Сочетание машинного наблюдения и измерения температуры Часть 4

Традиционно камеры видимого света были основой систем машинного видения, используемых для автоматизированного контроля и управления технологическими процессами. Многие из этих систем также требуют измерения температуры для обеспечения качества продукции.

Измерение температуры для автоматизированных процессов Часть 3
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Измерение температуры для автоматизированных процессов Часть 3

Приложениям, в которых важны несколько температур в пределах поля зрения одной камеры, и эта информация используется для какой-либо функции управления технологическим процессом. В этих приложениях камера обычно интегрируется с другими элементами управления технологическим процессом, такими как ПК или ПЛК, с использованием программного обеспечения сторонних производителей и более сложных схем связи.

Удаленный ИК-мониторинг Часть 2
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Удаленный ИК-мониторинг Часть 2

Инфракрасное излучение излучается всеми объектами при температурах выше абсолютного нуля и может быть обнаружено ИК-камерами. Поскольку эти камеры имеют различные средства передачи термографических изображений и температуры в удаленные места, они идеально подходят для удаленного и автоматического мониторинга.

Руководство по ИК-автоматизации Часть 1
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Руководство по ИК-автоматизации Часть 1

Инженеры-технологи находятся под постоянным давлением, стремясь сделать производственные системы и процессы более эффективными и менее дорогостоящими. Часто в решениях используются методы автоматизации для повышения производительности и качества продукции.

Интервью с генеральным директором KARNEEV SYSTEMS – Дмитрием Карнеевым
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Интервью с генеральным директором KARNEEV SYSTEMS – Дмитрием Карнеевым

KARNEEV SYSTEMS -- производитель и системный интегратор в области систем безопасности и промышленной автоматизации. Эффективность и надежность продукции подтверждена временем и заказчиками -- уже более 600 российских предприятий делают выбор в пользу KARNEEV SYSTEMS.

Генеральный директор Дмитрий Карнеев рассказал о ключевых принципах работы компании, которые позволили занять прочные позиции на рынке.

Комментарии

Комментарии временно отсутствуют