熱釋電型探測器

多元探測器定義

多元探側器又稱多元紅外探測器，由多個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。有時也稱為多元陣列器件。多元探測器可由光電導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)。改進其信號處理方法，可以提高探側器的探側距離，使得導彈可以在更遠距離上發(fā)現(xiàn)目標。但在遠距離上，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)概率是一個急需解決的間題?？刹捎枚嘣絺绕鞯膶б^信號處理方法，提高其在中遠距離上對目標的檢測性能。

多元探測器優(yōu)點

隨著紅外技術應用的擴大，以及抗干擾能力的增強，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)點外，主要還有如下特點:

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的探測能力，通常使用幾個乃至成百個多元探測器陣列來代替單個器件。它與簡單的光學掃描技術相結合，比單個器件能提供較高的靈敏度和較大的視場范圍。過去，為了擴大視場，探測器要使用大量的設備或者要提高轉換率，方能提高器件的信噪比，現(xiàn)在用多元陣列連續(xù)探測一個較寬的視場，一方面可提高大視場單個探測器的信噪比，同時又可不用復雜的機械掃描，省去很多設備。與探測同樣大小視場的單個器件相比，探測靈敏度提高杯√N(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.動態(tài)范圍大，可進行多目標跟蹤

多元鑲嵌器件在整個使用波長具有較高的靈敏度，能跟蹤多目標，動態(tài)范圍大。由幾個元件組成的線性陣列可改進探測精度及抑制干擾源等能力，兩維鑲嵌陣列能進行邊跟蹤、邊掃描，可在跟蹤多目標的同時，連續(xù)搜索其它目標。這種不用掃描的傳感裝置具有1，000個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預警衛(wèi)星上。

3.可提高抑制背景的能力

對遙遠的目標來說，探測器在光學系統(tǒng)視場內(nèi)，從背景接收的輻射顯著超過從目標接收的輻射，但目標是一個點輻射源，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視場內(nèi)準確提高目標位置。

4.提高幀速率，擴大作用距離，不用機械掃描

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

過去熱成象用單個元件進行兩維機械掃描，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個元件組成一維陣列，用一維機械掃描，整個圖形在一秒鐘內(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個元件，現(xiàn)正設計2500個點元件的大規(guī)模器件。目前的前視紅外系統(tǒng)探測陣列有幾百個元件組成，以后發(fā)展將有上千個或更多的探測元件，這將增大信息速率，擴大系統(tǒng)的作用距離，并改進角視場。據(jù)報導，現(xiàn)已能獲得46公里的遠距成象。由于軍用要求靈敏度高、設備簡單、可靠，盡量不用復雜的機械掃描，現(xiàn)用一維陣列一維機械掃描。若用兩維多元陣列，兩維取樣，就可省去機械掃描。

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，這用單個元件是很難達到的。因此，國外從六十年代初期就著手研制多元器件。目前在紅外多目標搜索、跟蹤、制導和成象及衛(wèi)星地平儀等方面都已見應用；

2)多元探測器陣列的制造表明了探測器材料和工藝發(fā)展到一個新的水平，也可以說是工藝和結構上的一次變革。雖然目前單個元件的水平很高，但不適應于當前系統(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、焊點減少、互連引線縮短，使可靠性、開關速度大大改善，實現(xiàn)了材料、元件和電路三位一體。目前在紅外器件中已應用光刻技術和蒸發(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、信號處理、光譜濾波等都合并到傳感器這一級上。

這類探測器，按所測物理量的不同除熱釋電型探測器外，還有下列三種：

①　溫差電型紅外探測器：用兩種不同的半導體或金屬細線，兩端分別連接組成電偶。其一端與一涂黑薄片相連。當黑片吸收紅外輻射溫度升高時，電偶中產(chǎn)生溫差電動勢，以此電動勢度量紅外輻射的強弱。

②　氣動型紅外探測器:也稱高萊管,為M.J.E.高萊于1947年所發(fā)明。其原理是氣體密閉在柔軟的室內(nèi)，室壁的涂黑部分吸收紅外輻射，使氣體溫度升高而發(fā)生體積膨脹，光杠桿和光電池將微小的體積膨脹轉變成電導的變化，用以度量紅外輻射的強弱。

③　熱敏電阻型紅外探測器：用氧化物半導體制成很小的薄片，表面涂黑。當薄片吸收紅外輻射而溫度升高時，電阻發(fā)生變化，用電阻的改變量度量紅外輻射的強弱。