Написать нам

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

Интеграция РЛС с другими системами безопасности для повышения эффективности охраны территории.
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Интеграция РЛС с другими системами безопасности для повышения эффективности охраны территории.

Радиолокационными системами именуют совокупность объединенных в единую систему устройств, предназначенных для обнаружения целей на земле, в воздухе и на море, выяснения расстояния до обнаруженного элемента, определения его скорости и основных геометрических параметров.

Современные системы охраны нефтеперерабатывающих заводов: особенности и преимущества
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Современные системы охраны нефтеперерабатывающих заводов: особенности и преимущества

С точки зрения военной стратегии, любой нефтеперерабатывающий завод (НПЗ) имеет огромное значение и является одной из основных целей для ракетно-бомбовых ударов, наряду с ключевыми военными объектами.

Использование информационных систем и технологий для мониторинга промышленной безопасности.
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Использование информационных систем и технологий для мониторинга промышленной безопасности.

Безопасность и защита производственных мощностей и оборудования в энергетической и промышленной сфере – задача с которой сталкиваются руководители как малых так и крупных предприятий.

Как работают промышленные тепловизоры и как они помогают в производстве
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Как работают промышленные тепловизоры и как они помогают в производстве

Одним из главных факторов, оказывающих влияние на эффективность работы современных предприятий, является использованием на объектах высокопроизводительного, инновационного оборудования, позволяющего снизить эксплуатационные расходы и сделать производство более рентабельным.

Высокоскоростные видеокамеры в промышленности: обзор применения и возможностей
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Высокоскоростные видеокамеры в промышленности: обзор применения и возможностей

Высокоскоростные камеры предназначены для съемки видео или фотографий с очень высокой частотой кадров в секунду. Эти устройства способны записывать события, происходящие со значительной скоростью, такие как молнии, взрывы, движение объектов и другое.

Применение привязных дронов в строительстве и геодезии
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Применение привязных дронов в строительстве и геодезии

Буквально 5-10 лет назад беспилотные летательные аппараты были интересны только видеооператорам и, пожалуй, как средство развлечения. Сейчас они активно используются в самых разных сферах, включая строительство и геодезию.

Портативные системы наблюдения
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Портативные системы наблюдения

Портативные системы наблюдения - это надежные устройства, которые предназначены для охранного наблюдения (детального и обзорного). Их можно использовать в любое время суток.

Использование мобильного видеонаблюдения на автомобильных платформах для оперативных и разведывательных задач
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Использование мобильного видеонаблюдения на автомобильных платформах для оперативных и разведывательных задач

Использование мобильного видеонаблюдения на автомобильных платформах представляет собой передовые технологические решения для оперативного и разведывательного мониторинга.

Применение тепловизоров для мониторинга уровня налива железнодорожных цистерн
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Применение тепловизоров для мониторинга уровня налива железнодорожных цистерн

Одним из элементов системы контроля железнодорожной транспортной сети является тепловизионное оборудование, используемое для повышения уровня правильности и безопасности ее работы.

Как правильно использовать тепловизор для охоты: советы и рекомендации
Статьи

KARNEEV SYSTEMS

Как правильно использовать тепловизор для охоты: советы и рекомендации

Тепловизоры для охоты — это специализированные устройства для отслеживания теплового излучения животных, преобразовывающие результат в видимое для человека изображение.