機(jī)電探測器

多元探測器定義

多元探側(cè)器又稱多元紅外探測器，由多個(gè)單元紅外探測器按一定規(guī)則排列而成的線列或面陣器件，是一種新型的探測器，探測器接收到經(jīng)過衰減的紅外信號，經(jīng)過放大、濾波后判定視場中是否存在目標(biāo)。有時(shí)也稱為多元陣列器件。多元探測器可由光電導(dǎo)探測器或光伏探測器組成，也可以由熱釋電型探測器組成，主要用于紅外成像系統(tǒng)。改進(jìn)其信號處理方法，可以提高探側(cè)器的探側(cè)距離，使得導(dǎo)彈可以在更遠(yuǎn)距離上發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。但在遠(yuǎn)距離上，探測器接受到的信號很弱，如何在保持低虛普率的條件下，提高紅外系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)概率是一個(gè)急需解決的間題。可采用多元探側(cè)器的導(dǎo)引頭信號處理方法，提高其在中遠(yuǎn)距離上對目標(biāo)的檢測性能。

多元探測器優(yōu)點(diǎn)

隨著紅外技術(shù)應(yīng)用的擴(kuò)大，以及抗干擾能力的增強(qiáng)，對多元陣列的要求也越加迫切。它除去能使紅外裝置減輕重量，縮小體積，提高可靠性等優(yōu)點(diǎn)外，主要還有如下特點(diǎn):

1.視場大，可提高探測精度，提高信噪比

目前為了提高探測目標(biāo)的探測能力，通常使用幾個(gè)乃至成百個(gè)多元探測器陣列來代替單個(gè)器件。它與簡單的光學(xué)掃描技術(shù)相結(jié)合，比單個(gè)器件能提供較高的靈敏度和較大的視場范圍。過去，為了擴(kuò)大視場，探測器要使用大量的設(shè)備或者要提高轉(zhuǎn)換率，方能提高器件的信噪比，現(xiàn)在用多元陣列連續(xù)探測一個(gè)較寬的視場，一方面可提高大視場單個(gè)探測器的信噪比，同時(shí)又可不用復(fù)雜的機(jī)械掃描，省去很多設(shè)備。與探測同樣大小視場的單個(gè)器件相比，探測靈敏度提高杯√N(yùn)(N為元件數(shù))，即信噪比與探測元件數(shù)的平方根成正比。

2.動(dòng)態(tài)范圍大，可進(jìn)行多目標(biāo)跟蹤

多元鑲嵌器件在整個(gè)使用波長具有較高的靈敏度，能跟蹤多目標(biāo)，動(dòng)態(tài)范圍大。由幾個(gè)元件組成的線性陣列可改進(jìn)探測精度及抑制干擾源等能力，兩維鑲嵌陣列能進(jìn)行邊跟蹤、邊掃描，可在跟蹤多目標(biāo)的同時(shí)，連續(xù)搜索其它目標(biāo)。這種不用掃描的傳感裝置具有1，000個(gè)PbS探測器陣列和緊湊的微型電路。據(jù)稱，這種裝置有可能用在美帝647預(yù)警衛(wèi)星上。

3.可提高抑制背景的能力

對遙遠(yuǎn)的目標(biāo)來說，探測器在光學(xué)系統(tǒng)視場內(nèi)，從背景接收的輻射顯著超過從目標(biāo)接收的輻射，但目標(biāo)是一個(gè)點(diǎn)輻射源，所以有可能用多元陣列來區(qū)別背景輻射。多元陣列裝置可提高信噪比并在瞬時(shí)視場內(nèi)準(zhǔn)確提高目標(biāo)位置。

4.提高幀速率，擴(kuò)大作用距離，不用機(jī)械掃描

過去用單個(gè)元件要在水平和垂直方向掃描，需用復(fù)雜的棱鏡，而且得不到幀速率、分辨率和靈敏度很高的圖象。單個(gè)系統(tǒng)在陰極射線管上顯示的速度僅16幀/秒，現(xiàn)用10個(gè)77°KInsb線性陣列，只要在水平方向機(jī)械掃描12次，就可得到120條線圖象，掃描速率達(dá)47幀/秒，能分辨小于0.2°C的溫差目標(biāo)。

過去熱成象用單個(gè)元件進(jìn)行兩維機(jī)械掃描，需半分鐘才建立圖形，角分辨率為1.7毫弧度，噪聲等效溫度為0.1°C，現(xiàn)用128個(gè)元件組成一維陣列，用一維機(jī)械掃描，整個(gè)圖形在一秒鐘內(nèi)建立，由100線組成，角分辨率為2毫弧度，噪聲等效溫度為1°C。制成單片熱電器件陣列的熱成象系統(tǒng)，能使可見光、紅外輻射和X射線成象，成象速率為30幀/秒，原用5x5個(gè)元件，現(xiàn)正設(shè)計(jì)2500個(gè)點(diǎn)元件的大規(guī)模器件。目前的前視紅外系統(tǒng)探測陣列有幾百個(gè)元件組成，以后發(fā)展將有上千個(gè)或更多的探測元件，這將增大信息速率，擴(kuò)大系統(tǒng)的作用距離，并改進(jìn)角視場。據(jù)報(bào)導(dǎo)，現(xiàn)已能獲得46公里的遠(yuǎn)距成象。由于軍用要求靈敏度高、設(shè)備簡單、可靠，盡量不用復(fù)雜的機(jī)械掃描，現(xiàn)用一維陣列一維機(jī)械掃描。若用兩維多元陣列，兩維取樣，就可省去機(jī)械掃描。

多元探測器研究意義

近年來，國外很重視多元陣列的研制，其原因是:

1)紅外系統(tǒng)的發(fā)展，它要求更靈敏和能集中大量目標(biāo)數(shù)據(jù)和提高信息接收速率，并要求系統(tǒng)尺寸小、重量輕、可靠性高及功率損耗小，這用單個(gè)元件是很難達(dá)到的。因此，國外從六十年代初期就著手研制多元器件。目前在紅外多目標(biāo)搜索、跟蹤、制導(dǎo)和成象及衛(wèi)星地平儀等方面都已見應(yīng)用；

2)多元探測器陣列的制造表明了探測器材料和工藝發(fā)展到一個(gè)新的水平，也可以說是工藝和結(jié)構(gòu)上的一次變革。雖然目前單個(gè)元件的水平很高，但不適應(yīng)于當(dāng)前系統(tǒng)要求均勻的高密度排列，而多元陣列卻可滿足這一要求。元件體積縮小、密度提高、焊點(diǎn)減少、互連引線縮短，使可靠性、開關(guān)速度大大改善，實(shí)現(xiàn)了材料、元件和電路三位一體。目前在紅外器件中已應(yīng)用光刻技術(shù)和蒸發(fā)工藝。

今后，紅外器件的發(fā)展是使傳感器這一級具有更多的功能。最好是將器件陣列、冷卻、放大、開關(guān)、信號處理、光譜濾波等都合并到傳感器這一級上。