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红外焦平面探测器复合条件工作点闪元标定方法

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光子学报 2024年第2期53卷 13-25页

作者：赵雯昕赖雪峰夏昱成李素钧周金梅中国科学院光电技术研究所成都610209 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

针对闪元传统标定方法的不足,提出一种结合灰度域图像和能量域图像进行复合条件工作点闪元标定的方法。该方法解决了单一工作点对闪元激发条件不够充分和探测器非均匀性所造成的闪元漏检等问题。实验验证表明,单一工作点上闪元检测率平... 详细信息

针对闪元传统标定方法的不足,提出一种结合灰度域图像和能量域图像进行复合条件工作点闪元标定的方法。该方法解决了单一工作点对闪元激发条件不够充分和探测器非均匀性所造成的闪元漏检等问题。实验验证表明,单一工作点上闪元检测率平均提高了12.49%,与传统方法相比,整体闪元检测率提高了9.41%。本文所提方法有效提高了闪元的检出率。

关键词：红外焦平面探测器闪元检测闪元标定复合条件工作点能量域图像

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红外焦平面探测器贮存寿命试验研究

红外技术 2019年第12期41卷 1124-1132页

作者：刘若冰陈勤中国电子技术标准化研究院

本文以红外焦平面探测器为研究对象,在充分分析历年来国内红外焦平面探测器贮存寿命试验数据的基础上,研究了产品的失效模式和失效机理,并对贮存寿命试验前后关键参数指标变化量进行了深入分析,为全面评价红外焦平面探测器产品质量和可... 详细信息

本文以红外焦平面探测器为研究对象,在充分分析历年来国内红外焦平面探测器贮存寿命试验数据的基础上,研究了产品的失效模式和失效机理,并对贮存寿命试验前后关键参数指标变化量进行了深入分析,为全面评价红外焦平面探测器产品质量和可靠性提供了依据,为后续红外焦平面探测器的标准制修订工作奠定了基础。

关键词：红外焦平面探测器贮存寿命试验数据

红外焦平面探测器响应率不稳定像元快速筛选方法

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红外技术 2017年第2期39卷 130-135页

作者：崔坤陈凡胜苏晓锋梁清华唐玉俊中国科学院大学北京100049 中国科学院上海技术物理研究所上海200083

随着红外探测技术的发展,制冷型红外焦平面探测器在航空航天和民用领域的应用越来越广泛。探测器像元响应率的不稳定性对红外焦平面探测器定量化应用产生非常大的影响。目前检测响应率不稳定像元的方法主要通过定量化的黑体标定的方法... 详细信息

随着红外探测技术的发展,制冷型红外焦平面探测器在航空航天和民用领域的应用越来越广泛。探测器像元响应率的不稳定性对红外焦平面探测器定量化应用产生非常大的影响。目前检测响应率不稳定像元的方法主要通过定量化的黑体标定的方法来实现,该类方法需要改变黑体温度从而得到像元的响应率,操作步骤和计算过程比较复杂,不易于高频次的工程测试实现。本文提出了一种通过计算像元随积分时间的相对响应率变化来快速筛选不稳定像元的方法,该方法每次测试时仅需要对着一个固定温度的黑体,改变积分时间获取一组探测器成像数据,通过计算每个像元的相对响应率,然后对比像元在不同测试时得到的相对响应率变化,通过与设定阈值的比较就可以实现响应不稳定性像元的筛选,自定义阈值还可以实现对响应不稳定像元进行分级。实验证明,该方法能够有效筛选出响应率不稳定的像元,操作简便,便于工程实现。

关键词：红外焦平面探测器响应率不稳定相对响应率黑体标定

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红外焦平面探测器测试系统软件设计

红外焦平面探测器测试系统软件设计

作者：吴悦西北大学

学位级别：硕士

随着红外热成像技术在军事、医学、气象等多个领域的广泛应用,其核心器件红外焦平面探测器得到了国内外学者和工程技术人员越来越多的关注。为了确保红外成像系统的图像质量,构建专用的红外焦平面探测器性能测试系统是十分必要的。本论... 详细信息

随着红外热成像技术在军事、医学、气象等多个领域的广泛应用,其核心器件红外焦平面探测器得到了国内外学者和工程技术人员越来越多的关注。为了确保红外成像系统的图像质量,构建专用的红外焦平面探测器性能测试系统是十分必要的。本论文基于虚拟仪器(VI)技术,设计实现了一套红外焦平面探测器测试系统,主要对其应用软件进行了开发。该系统能够完成对多种型号探测器性能参数的测试,对国内热成像技术的研究与应用有着积极的促进作用和参考价值。论文的主要研究工作如下:1.根据红外焦平面探测器的工作原理及功能与性能需求,设计了测试系统的总体架构。该系统主要由PXI E×press总线测试仪器、低噪声高稳定偏置电源、低噪声多路差分放大器、高速A/D适配模块、工控机和显示器等功能部件组成。2.基于LabVIEW程序开发环境,设计了测试系统的应用软件,该软件的功能包括登录、自检、测试、回放等四大模块,分别用以完成对红外焦平面探测器性能数据的采集、处理、分析,以及显示和记录。3.针对数据采集速率高和数据处理数据量大的特点,分别通过使用LabVIEW和VHDL共同开发FPGA以及LabVIEW与MATLAB交叉编程的方式,解决了高速采集中数据丢失、误码以及LabVIEW在工程和数学计算方面有一定局限性的问题。4.实现了一套红外焦平面测试系统,并通过对两个具体探测器的测试分析,验证了本系统的测试功能及性能,结果表明:本文设计功能齐全,性能良好,完全能够满足实际的测试需求。

关键词：热成像技术红外焦平面探测器 LabVIEW 应用软件

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一种锥形自调式J-T制冷器

激光与红外 2023年第8期53卷 1213-1217页

作者：徐庆松聂雪莲李进武华北光电技术研究所北京100015

介绍了一种既可以实现快速启动又能够维持长时间小流量工作的锥形自调式J-T制冷器,可以广泛应用于制导导弹中红外焦平面探测器组件的制冷。该J-T制冷器采用微型波纹管作为自调机构,具有成本低、适应范围广等特点。与探测器杜瓦组件进行... 详细信息

介绍了一种既可以实现快速启动又能够维持长时间小流量工作的锥形自调式J-T制冷器,可以广泛应用于制导导弹中红外焦平面探测器组件的制冷。该J-T制冷器采用微型波纹管作为自调机构,具有成本低、适应范围广等特点。与探测器杜瓦组件进行耦合试验,结果表明在50 MPa氩气气源条件下,芯片降温至100 K所需时间≤5 s。

关键词：锥型制冷器波纹管红外焦平面探测器

低温背景应用长波红外焦平面探测器性能参数的计算

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红外技术 2023年第5期45卷 553-558页

作者：毛京湘郭建华李立华孔令磊王正凯昆明物理研究所云南昆明650223 空军装备部驻北京地区第一军事代表室北京100083 空军装备部驻昆明地区军事代表室云南昆明650031

对于在低温背景条件下应用的红外焦平面探测器,在其设计阶段首先需要确认的是探测器在低温背景下的主要性能参数是否满足应用需求。通过单元探测器的基本理论公式,从性能测试的角度,推导出了焦平面探测器主要性能指标的理论计算公式,包... 详细信息

对于在低温背景条件下应用的红外焦平面探测器,在其设计阶段首先需要确认的是探测器在低温背景下的主要性能参数是否满足应用需求。通过单元探测器的基本理论公式,从性能测试的角度,推导出了焦平面探测器主要性能指标的理论计算公式,包括峰值响应率、噪声、峰值探测率、动态范围等。提出了红外焦平面探测器主要性能参数计算的设计流程,并通过实例对长波红外焦平面探测器在低温背景下的性能参数进行了计算、设计及验证,实测结果与理论计算符合较好。表明了理论公式及设计流程具有较好的实用性,可为红外焦平面探测器的应用设计提供参考。

关键词：红外焦平面探测器低温背景性能参数计算及设计

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红外焦平面探测器热—应力耦合分析

红外焦平面探测器热—应力耦合分析

作者：李鹏飞河南科技大学

学位级别：硕士

锑化铟（InSb）红外焦平面探测器在中波探测领域具有较高的量子效率和均匀性、优良的分辨率，被广泛应用于航空航天、国防、气象等领域。InSb红外焦平面探测器属于倒装焊结构器件，锑化铟光敏元与硅读出电路通过铟柱采用倒焊技术互联混... 详细信息

锑化铟（InSb）红外焦平面探测器在中波探测领域具有较高的量子效率和均匀性、优良的分辨率，被广泛应用于航空航天、国防、气象等领域。InSb红外焦平面探测器属于倒装焊结构器件，锑化铟光敏元与硅读出电路通过铟柱采用倒焊技术互联混成，InSb探测器在工作时其温度需要通过制冷设备快速地从300K降低到77K。在这个过程中，由于上述的特定结构和低温工作环境常使得较薄的锑化铟芯片在经受热冲击时发生碎裂。芯片的碎裂严重影响着探测器的适用性、列装性，已经成为探测器批量生产中亟需解决的首要问题。为明晰探测器在热冲击下的碎裂机理，本文以128×128元锑化铟红外焦平面探测器为研究对象，借助ANSYS有限元软件从热-应力耦合的角度对探测器InSb芯片碎裂的原因进行研究。热-应力耦合分析分为两个步骤，首先对探测器的热冲击过程进行模拟仿真，对热冲击过程中探测器内部温度场的分布和变化进行分析;接着以热分析得到的温度分布为基础，对探测器进行热-应力耦合仿真，对传导降温方式下探测器芯片上的应力变化及其分布进行分析，依据应力变化及其分布对探测器碎裂的原因进行初步探讨。热-应力耦合分析表明：InSb芯片受不均匀温度场和各材料线膨胀系数差异的影响，InSb芯片上应力增加迅速，短时间内应力的急剧增加对InSb芯片的可靠性带来了严重考验。通过与未考虑热-应力耦合得到的InSb芯片上应力变化相比，热-应力耦合方式下得到的InSb芯片上的应力变化，可以真实反映InSb芯片在实际热冲击过程的应力变化情况，而未考虑热-应力耦合的应力分析将会低估应力增加对InSb芯片造成的影响。热-应力耦合分析得到的应力分布结果可为实际生产中降低InSb芯片的碎裂提供参考。此外，通过改变底充胶热传导系数的方式对材料参数改化与InSb芯片上应力变化之间的关系进行了研究。

关键词：锑化铟红外焦平面探测器 ANSYS 有限元分析热-应力耦合

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大电荷处理能力红外探测器读出电路像素设计

激光与红外 2023年第12期53卷 1892-1896页

作者：杨斯博李敬国袁媛中电科光电科技有限公司北京100015

读出电路将红外探测器二极管激发产生的光电子收集、积分成为电压信号并按序读出,使其变成后端系统可读的电信号,是红外焦平面探测器的重要组成部分。电荷处理能力作为衡量读出电路的一项重要指标,探测器的性能以及某些应用条件下要求... 详细信息

读出电路将红外探测器二极管激发产生的光电子收集、积分成为电压信号并按序读出,使其变成后端系统可读的电信号,是红外焦平面探测器的重要组成部分。电荷处理能力作为衡量读出电路的一项重要指标,探测器的性能以及某些应用条件下要求读出电路具有大的电荷处理能力,本文介绍一种具备大电荷处理能力的模拟读出电路像素级设计,在15μm像元间距内最大积分电容达到832 fF,最大电荷处理能达到10.92 Me^(-),且具备良好的线性度。

关键词：红外焦平面探测器读出电路大电荷处理能力

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红外焦平面探测器碎裂研究

红外焦平面探测器碎裂研究

作者：余倩河南科技大学

学位级别：硕士

红外焦平面探测器（Infrared Focal Plane Array, IRFPA）在航空航天红外遥感、气象、国防和科学仪器等领域应用广泛。但热冲击下极低的成品率使得大面阵红外探测器仅仅在高级军用装备领域得到运用，其根本原因是红外焦平面探测器的特... 详细信息

红外焦平面探测器（Infrared Focal Plane Array, IRFPA）在航空航天红外遥感、气象、国防和科学仪器等领域应用广泛。但热冲击下极低的成品率使得大面阵红外探测器仅仅在高级军用装备领域得到运用，其根本原因是红外焦平面探测器的特定结构和低温工作环境。在红外探测器组件中，为提高组件的响应率和信噪比，同时减小串扰，通常InSb芯片的厚度需要减薄到10μm，抗变形能力相对变弱。为抑制背景噪声，获得更高的信噪比，红外探测器通常工作在77K液氮温度下，在探测器从存储温度300K到77K快速降温过程中，由于相邻材料间热膨胀系数的不同，将在InSb芯片中引入热应力/应变，引起InSb光敏元芯片碎裂，降低InSb面阵探测器的成品率，成为红外焦平面探测器批量生产中的主要障碍。本文借鉴常规倒装焊器件可靠性设计的分析方法，利用有限元分析软件ANSYS建立16×16InSb焦平面探测器结构分析模型，系统分析了铟柱高度、直径和底充胶材料模型对16×16小面阵探测器结构应力及其分布的影响，仿真结果表明InSb芯片上的最大Von Mises应力随铟柱高度增加而减小，随铟柱直径增加而缓慢增大;底充胶模型对Von Mises应力有明显的影响，采用温度相关弹性模型得到的InSb芯片上Von Mises应力最精确，线弹性模型和粘弹性模型可能高估InSb芯片上Von Mises应力。采用底充胶温度相关弹性模型，利用等效方法建立128×128InSb探测器结构分析模型验证所建模型的适用性;并采用弱化InSb芯片Z方向杨氏模量的方式研究工艺损伤对InSb芯片形变的影响，模拟结果中应变值分布和最大值出现位置与热冲击下InSb芯片背面形变照片中的裂纹分布及起源相一致，证明了所建模型的适用性。同时光敏元阵列区域往上凸起与台面结隔离槽区域往下凹陷的形变面积比可用来作为InSb芯片法线方向杨氏模量选取的依据，本文中取体材料杨氏模量的30%。为明确热冲击下InSb面阵探测器形变诱因，取体材料杨氏模量的30%，根据InSb面阵探测器的层状结构特征，推断影响InSb芯片Z方向应变分布的关键因素。研究结果表明：硅读出电路与底充胶和铟柱阵列的相互作用引起硅读出电路上表面形变最严重，经过底充胶和铟柱阵列缓冲后，形变量大幅降低，转移到InSb芯片上表面后，形变量降到最低。因此如能降低硅读出电路上表面的应变幅度，将有助于降低InSb芯片上表面应变幅度，从而降低应变集中，减小InSb芯片碎裂几率，提高探测器的成品率。

关键词：红外焦平面探测器 InSb 有限元分析结构应力/应变成品率