基于虚拟仪器的微测辐射热计IRFPAROIC测试与成像系统

摘要

任何温度高于绝对零度（-273℃）的物体都会自发地向外发射出红外辐射能量，且随着温度的不同而不同，使用红外探测器收集这种能量并经过相应的电子系统处理，可以再现物体的图像及温度。这种基于温度成像的特点可以克服很多恶劣的环境（如雨雪、雾霾等）。因此，红外探测器被广泛应用于成像及温度探测等领域。
　　红外探测器分类方法有多种，常按照制冷方式划分为制冷型和非制冷型。制冷型需要笨重的制冷设备，大多应用于军事领域；而非制冷型虽不如制冷型灵敏度高，但由于其小体积、低成本、低功耗等特点，在军民市场中得到广泛的应用。目前，非制冷探测器主要是热释电型和微测辐射热计型两种。热释电型探测器需要扫描机械装置，可靠性差，而微测辐射热计型探测器虽然目前响应率不如热释电型，但随着基础材料及科学的发展，已逐渐逼近热释电型，况且其不需要机械装置，成本、功耗都降低，因此，微测辐射热计会在未来一段时间内成为主流。
　　红外探测器是红外成像测温的核心部件，它的好坏直接影响到应用的功能性和可靠性，因此在应用红外探测器之前需要进行严格的性能参数测试。目前国外已经拥有成熟的红外测试技术及测试仪器，国内起步较晚且受到西方国家的封锁，而能够购买的机台昂贵且维护不便，这就迫切需要国内能够研制出性能优异的红外测试仪器。国内主要是各大高校和研究所开展红外测试技术的研究，且大都是理论实验型的研究，只有上海技术物理研究所与法国HGH公司合作研制出了一款测试产品，但其内部核心模块购自国外，仍然不是自主研发生产的红外测试仪器。
　　基于上述原因，且本文测试的对象为合作设计试验阶段的微测辐射热计，同时结合自身的测试需求，提出了本课题的研究方向。微测辐射热计的设计生产流程主要分为三步：ROIC（读出电路，Readout Integrated Circuit）设计及加工，生长微桥阵列及氧化钒薄膜，封装成品。ROIC是实现红外电信号处理传输的关键，对于它的参数测试显得尤为重要，并且还能帮助优化生产ROIC的CMOS工艺。生长氧化钒薄膜是通过MEMS（微机电系统，Microelectromechanical Systems）工艺将敏感元桥接到ROIC上实现电连通，该工艺的优劣直接影响到IRFPA（红外焦平面阵列，Infrared Focal Plane Arrays）的均匀性、灵敏度等性能，所以对于其性能测试也很有必要。但本文根据合作单位要求，只须对MEMS加工后的IRFPA进行定性测试以优选芯片进行封装。对封装后的成品，本文通过联调成像的效果来初步评判器件性能。
　　本文通过基于虚拟仪器的参数测试系统和联调成像系统，对微测辐射热计的试验阶段的测试提供了很好的参考价值，具有一定的实用性。

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1 绪论

1.1 课题方向的提出

1.2 国内外研究的现状及意义

1.3 课题研究的内容

2 微测辐射热计测试、成像系统原理

2.1 引言

2.2 微测辐射热计测试、成像系统原理

2.3 系统硬件平台

2.4 系统软件平台

2.5 本章小结

3 ROIC及IRFPA参数测试系统

3.1 引言

3.2 参数测试原理

3.3 参数测试程序设计

3.4 参数测试实验结果及分析

3.5 本章小结

4 联调成像系统

4.1 引言

4.2 联调成像系统原理

4.3 红外图像处理方法

4.4 成像实验程序设计

4.5成像实验结果及分析

4.6 本章小结

5 总结与展望

致谢

参考文献