解构远红外技术方案
传感与光学
探测与传感
远红外测温一般来讲会在热电堆(Thermopile)及微测辐射热计(IRFPA)中进行路径选择。其中热电堆技术路径基于塞贝克效应(Seebeck Effect),收集各像素点间的热电势差异,进而判断不同像素点对应物体的温度。而微测辐射热计则是基于辐射计的原理,远红外照射传感区域后,传感器各像素点温度变化,从而带来电阻值的变化,基于此来判断目标物体的温度分布。
由于热电堆与微测辐射热计两种路径的区别,其在成本构成,环境适应,应用场景,技术实现等方面均有不同,我们往往基于实际应用场景及可行性进行取舍。
长波红外光学系统
红外光学系统是用来接收来自被观测对象的红外辐射,并将其成像在对应工作波段的红外探测器上。通常情况下,红外光学系统和普通光学系统一样,但因为红外辐射在性能方面存在一定的独特性,所以和传统光学系统还是存在一些不同。
1> 光学特性:红外光学系统属于大相对孔径,小视场光学系统。
a. 大孔径:红外光学系统在灵敏度方面的要求较高,但对系统的成像质量要求不严格,选用的红外光学系统的光圈数就较小,即相对孔径较大,MTF衍射线就较低
b. 小视场:因红外探测器像素少,光敏元尺寸小,导致成像像高小,决定了红外光学系统的轴外像差小,也不太注重相差校正,最终光学系统的视场角也较小。不过目前我司已设计视场角达90°的产品。
2> 光谱波段范围:被测目标发出的红外辐射属于不可见光,波长都大于1um,系统根据不同需求可被设计成中红外系统及远红外系统,目前主要方向为7-14um波段的远红外系统。
3> 系统选型:可分反射式光学系统、折射式光学系统、折反射式光学系统三种,零件有球面、非球面、衍射面三种形态。
元件光学加工
LensBlank-->Grinding-->Polishing-->Centering-->Coating-->QA Inspection-->Packing
使用光学级单晶锗(多晶材料、硫系聚合物等)为基材,采用新型抛光技术加工(CNC或模压),表面可达到纳米级粗糙度,面型PV可控制在0.5um以下(微米级),偏芯可达到150”内(按不同需求可更高要求)。可加工成各种平面、球面、非球面及衍射面等形状需求。
膜系设计与镀膜
可针对不同基材及各种分光参数要求进行膜系设计,实践可量产的膜层配方,完成各种增透膜,截止膜的量产。膜层强度可分HD 及DLC,通过创新镀膜工艺,加强表面硬度及附着力,提高镜片膜层在恶劣环境下的寿命及提高镜片抗损伤阈值,目前量产的产品均可通过ISO环境测试。
光电系统调校
镜头与芯片结合而成模组后,光路各环节均有公差,各模组个体间的电路硬件亦有略微差别,需要对模组进行光电系统调教从而能够消除同一型号不同设备间的个体差异及同一设备不同环境下的环境差异。而光电系统的调教,却依赖于上游各环节的技术积累及储备方能实现大规模量产的可行性。
其中光学调焦,均匀性校正,温度校准,环境温度适应等环节,均会对产品的最终效果、精度及耐用性产生较大影响。我们通过体系资源的整合及打通,努力从各个环节消除差异,实现结果与数据的均一和一致。
硬件及电路
供电及电磁屏蔽
采用USB供电的方式,产品内外做了电磁屏蔽处理,在每一根高频信号线上做了电磁屏蔽,外壳增加屏蔽膜。
信号及噪声抑制
供给红外芯片或者红外模组的电源的电源纹波可以控制在±3mV以内
结构及热导模型
不同的结构外壳都对红外模组做了散热的处理,比如增加进风口,贴散热硅胶导热等方式
耐久性及普适性
所有的红外模组的耐久性良好,对外输出SPI信号或者IIC信号,可以接入绝大多数平台,还可以对外输出USB和LVDS信号供客户选择使用。
极端条件适应
模组极限测试可以在高温85℃或者低温-55℃的环境下工作
软件及驱动
校正及补偿
数据可视化
利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上,由探测器将红外辐射能转换成电信号,经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图数据处理及优化。
多元传输协议
配置接口
应用及系统
数据可视化
利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上,由探测器将红外辐射能转换成电信号,经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图数据处理及优化。
数据处理及优化
对温度数据进行筛选,标记,利用差值分析,机智分析等数据算法,实现火灾预警,个体监测等功能
环境/场景自适应
开机后,在相同环境中采集多个样本数据以初始化环境校正,使得相同产品在类似环境测量同类目标时不出现相对值偏差(0.2℃)。
进程跟踪
空间上,在多个红外设备的布控下,能追踪到同一活体的行迹路线,尤其在黑暗环境中,红外所体现的追踪更加明显。
时间上,可记录同一目标在布控网下某一设备所出现的时段,并记录该目标的温度状态。