近年來(lái)，我們見證了讀取技術(shù)和高級(jí)熱像儀電子元器件的重大進(jìn)展——推動(dòng)熱像儀的分辨率、速度和靈敏度顯著提升。這使得我們能夠解決棘手的熱測(cè)試難題，如對(duì)安全氣囊進(jìn)行高速熱測(cè)量，對(duì)微型電子元件進(jìn)行故障分析，以及對(duì)看得見的半透明氣體進(jìn)行光學(xué)氣體成像等。然而，直到引進(jìn)II型應(yīng)變層超晶格(SLS)，我們才得以見證熱成像技術(shù)的顯著進(jìn)步。

這種探測(cè)器材料使熱像儀有了與讀出集成電路(ROIC)和熱像儀電子器件相一致的性能提升。將SLS集成到商用紅外熱像儀中，提供了一種新的長(zhǎng)波紅外解決方案，實(shí)現(xiàn)速度、溫度量程、均勻性和穩(wěn)定性的明顯提升，與此同時(shí)價(jià)格低于模擬探測(cè)器材料。

長(zhǎng)波紅外SLS熱像儀：速度提升

充氣氣囊停止運(yùn)動(dòng)的熱圖像

SLS在長(zhǎng)波紅外波段和中波紅外波段都能運(yùn)行，但當(dāng)過(guò)濾成長(zhǎng)波紅外波段時(shí)，其性能優(yōu)勢(shì)顯而易見。事實(shí)上，與其它紅外熱像儀材料相比，SLS的主要優(yōu)勢(shì)是積分時(shí)間短或快照速度快。表1和表2展示長(zhǎng)波紅外SLS與中波紅外銻化銦(InSb)性能指標(biāo)之間的差異。只看第一行的溫度量程，我們發(fā)現(xiàn)SLS的快照速度比處于同一量程的中波紅外InSb探測(cè)器快12.6倍。

表1長(zhǎng)波紅外SLS

表2 中波紅外銻化銦(InSb)

更快的快照速度使用戶能夠?qū)Ω咚倌繕?biāo)進(jìn)行定格攝影，以便獲得精確的溫度測(cè)量值。如果積分時(shí)間過(guò)慢，模糊不清的結(jié)果成像會(huì)影響溫度讀數(shù)。同樣，更快的快照速度意味著更快的幀頻。很多時(shí)候，InSb和其它探測(cè)器材料的較長(zhǎng)積分時(shí)間需求導(dǎo)致熱像儀以慢于探測(cè)器最大值的幀頻運(yùn)行。例如，如果您擁有一臺(tái)熱像儀能夠以1000幀/秒幀頻生成640×512像素的圖像，但是它在要求1.2 ms積分時(shí)間的帶通下運(yùn)行。由于積分時(shí)間限制較長(zhǎng)，熱像儀將無(wú)法達(dá)到最大幀頻潛力，如果成像目標(biāo)快速升溫，這會(huì)引起問(wèn)題。較慢的采樣可能會(huì)導(dǎo)致用戶無(wú)法精確描述部件的熱穩(wěn)態(tài)特性，可能會(huì)錯(cuò)過(guò)電路板啟動(dòng)或重啟的關(guān)鍵溫度尖峰。

長(zhǎng)波紅外SLS熱像儀：較寬的溫度范圍

長(zhǎng)波紅外SLS熱像儀的另一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)是有較寬的溫度范圍。在表1中，我們看到長(zhǎng)波紅外SLS熱像儀的啟動(dòng)溫度量程為-20°C至150°C，需要1次積分時(shí)間。為獲得同樣的溫度范圍，中波紅外InSb探測(cè)器需要循環(huán)（超幀）3次積分時(shí)間，每個(gè)積分時(shí)間代表不同的溫度量程。為了超幀獲得完整的-20℃至150℃溫度范圍需要循環(huán)通過(guò)3個(gè)溫度范圍，這導(dǎo)致熱像儀每捕獲3幀僅獲得一張超幀圖像。這意味著校準(zhǔn)熱像儀時(shí)須付出3倍工作量并且總幀頻減少1/3。

再看表1和表2，我們發(fā)現(xiàn)有另一個(gè)值得注意的點(diǎn)：長(zhǎng)波紅外SLS熱像儀未安裝減光鏡之前能測(cè)量更高的溫度范圍。受評(píng)SLS熱像儀在安裝減光鏡之前最高測(cè)量650℃，而中波紅外InSb熱像儀在安裝減光鏡之前僅能測(cè)量最高350℃。這僅是在長(zhǎng)波紅外波段運(yùn)行的SLS與在中波紅外波段運(yùn)行的InSb的部分功能。

圖1:30°C理想黑體的光譜發(fā)射功率

為說(shuō)明這一點(diǎn)，讓我們看圖1，此圖顯示的是一個(gè)30℃理想黑體的光譜發(fā)射功率。曲線下的面積表示那一波段內(nèi)的功率，長(zhǎng)波紅外波段的功率比中波紅外波段的功率大得多?？磮D2，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)物體升溫時(shí)，代表性光譜發(fā)射強(qiáng)度曲線的波峰向左側(cè)移動(dòng)并向右逐漸下降。在一定溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)波紅外波段中的功率的變化，不如中波紅外波段中的功率的變化顯著。正因?yàn)槿绱耍c中波紅外InSb探測(cè)器相比，長(zhǎng)波紅外SLS探測(cè)器能夠避免給定積分時(shí)間內(nèi)的過(guò)度曝光或曝光不足問(wèn)題。注意，中波紅外波段中的功率變化是很大的；因此，隨著物體升溫，紅外熱像儀會(huì)在單次積分時(shí)間內(nèi)快速飽和。