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

SAFE-T 2 - Станция питания для привязных дронов
Статьи
09

SAFE-T 2 - Станция питания для привязных дронов

SAFE-T 2 - новое поколение станций питания для привязных дронов. Основные характеристики включают в себя IP54, микро-трос до 125 м, максимальную непрерывную мощность 2 200 Вт, кабель из оптоволокна.

Применение привязных дронов в военной сфере
Статьи
04

Применение привязных дронов в военной сфере

Хотя в это может показаться трудно поверить, беспилотники используются военными по всему миру уже более ста лет. Первые военные беспилотники начали появляться примерно в 1916 году в виде радиоуправляемых монопланов. С тех пор достижения в области технологий беспилотных летательных аппаратов значительно улучшились конструкции и возможности беспилотных летательных аппаратов.

Преимущества привязных дронов от Elistair
Статьи
04

Преимущества привязных дронов от Elistair

Рынок привязных дронов растет в геометрической прогрессии по мере того, как все больше коммерческих отраслей используют их для своих операций. Передовые технологические разработки в области привязных беспилотных летательных аппаратов открыли новые возможности для пограничного патрулирования, прямой трансляции событий, установки временных вышек связи, спутникового наблюдения на малых высотах и многого другого.

Ретрансляция мобильной связи с привязного дрона Elistair
Статьи
03

Ретрансляция мобильной связи с привязного дрона Elistair

Дроны в скором будущем станут неотъемлемой частью общества. Одним из потенциальных применений дронов будет сфера сотовой связи и интернета.

Мониторинг дорожного движения с помощью привязного дрона Elistair
Статьи
03

Мониторинг дорожного движения с помощью привязного дрона Elistair

Заторы на дорогах и мониторинг транспортных средств стали одной из наиболее острых проблем в области автомобильного транспорта и перевозок. Одним из решений в мониторинге автомобилей могут стать привязные дроны

Привязные дроны на страже порядка
Статьи
03

Привязные дроны на страже порядка

Использование привязных дронов для наблюдения на массовых мероприятиях
Многие спец службы уже сейчас отмечают эффективность привязных дронов в наблюдении и идентификации людей в толпе.

Применение  дронов и станции питания от Elistair при чрезвычайных ситуациях
Статьи
02

Применение дронов и станции питания от Elistair при чрезвычайных ситуациях

Учения по тушению пожара на нефтеперерабатывающем заводе Hellenic Petroleum
Пожар на нефтеперерабатывающем заводе представляет собой угрозу для сотен людей, а также может привести к серьезным финансовым последствиям.  Аэрофотоснимки в режиме реального времени важнейший инструмент, помогающий оперативным службам действовать эффективно и обеспечивать максимальную осведомленность о происшествии.

Тепловизоры для  автомобиля
Статьи
01

Тепловизоры для автомобиля

Автомобильные тепловизоры – устройство, которое позволит вам четко видеть в ночное время и при плохой видимости. Возможность свободно ориентироваться на дороге ночью с видимостью 2 км. – одно из самых главных преимуществ тепловизоров для автомобиля.

Автомобильные тепловизоры для охоты
Статьи
16

Автомобильные тепловизоры для охоты

Новинка на рынке тепловизоров для охоты. С автомобильными тепловизорами от KARNEEV SYSTEMS охота выходит на новый уровень

Видеонаблюдение в сложных  и экстремальных условиях
Статьи
10

Видеонаблюдение в сложных и экстремальных условиях

Видеонаблюдение – очень интересная область деятельности с большой долей творческого подхода. Чем сложнее задача – тем более творческое ее решение.