紅外探測器低噪聲自動化測試技術探析

陸國強

（三江學院，江蘇 南京 210012)

0 引言

紅外探測器的種類很多，可以根據溫度、用途和結構進行細化分類。紅外探測器的工作原理，是把人體移動軌跡通過電熱元件檢測到，然后輸入信號后轉變成電壓的信號，對電壓信號波動分析后，產生視頻的影像[1]。紅外探測器通過快速響應的熱釋放所產生的輸出信號的頻譜，來得出最后的結果。這是通過數字降噪的方案，以及硬件電路最終實現。

1 探究紅外探測技術發展

目前紅外探測器技術主要有三種，研究領域分為近紅外、中紅外和遠紅外[2]。其中紅外探測器技術應用最為廣泛，是依靠中紅外具有的高穿透性和高強度性來實現的，在研究方面也最為成熟，可以分析到物質的分子成分。遠紅外可用于探測和加熱，它最主要的特點是穿透性特別強，應用方面也比較廣泛。近紅外長期以來沒有受到應有的重視，只因為近紅外穿透力一般，強度較小，最近幾年才成為研究的熱點。近紅外技術可以對于某些成分做好定量的檢測，而且還能夠不破壞，樣品完成實驗需要。紅外探測技術主要有四大優勢，對環境的適應性非常好，能夠在非常惡劣的天氣下，仍然可以進行工作；有隱蔽性好，一般不會受到干擾；能夠很好地識別偽裝目標，因為紅外探測器是依靠目標的背景和目標各溫度的差異來形成的紅外輻射進行探測；紅外探測技術具有重量輕、體積小、消耗的功耗少等優點。

紅外探測技術能夠充分利用大氣窗口，通過光譜響應，從短波到長波實現對室溫的目標進行探測，實現了有單元向多元的探測器發展，從多元已經發展到了焦平面，實現了兩次飛躍。同時，紅外探測器的系統也實現了從點源探測到目標熱成像的技術飛躍。系統方面，從單波向多波進行發展。目前已經出現了各種類別的紅外探測器，為系統的應用提供了更加廣闊的選擇。

隨著我國紅外技術的迅速發展，為國家的發展提供了更加廣泛的條件，當前紅外探測技術在民用領域和國防建設方面都發揮著重要的作用，在新時代是國家信息化建設的重要組成內容。世界上的發達國家也對紅外探測技術進行了長期的研究。目前已經發展到了非制冷型紅外探測器屬于第三代紅外探測器。當前在這方面研究我國的起步較晚，與發達國家相比，在技術方面還有一定的差距。但是我國紅外探測器技術方面的非制冷紅外焦平面的研究進展迅速，對非制冷紅外探測器的組件研究方面也取得了很大的進展。在降低噪音方面實現了突破，有效解決了紅外探測器在設計和研發方面低噪音探測器組件的研究工作。我國在非制冷紅外焦平面陣列的噪聲性能的基礎上，提出了新的設計思路，對低噪聲組件進行了有效研發。紅外探測器的電源電路、持續驅動電路和數據處理等方面入手，通過分模塊的方式，完成了低噪聲紅外探測器相關組件的設計及生產，將紅外探測器設計的性能得到了大幅度的提升[3]。

2 探究紅外探測器降噪的原因

當前我國在紅外探測器低頻噪聲的研究方面，還有很多不足之處，而且在測量方法上比較復雜，研究的目的方面不夠廣闊還非常單一。探究紅外探測器降噪的原因：

一是建立模型。我國為了對紅外探測器在低頻噪聲方面的深入研究，建立了紅外探測器低頻噪聲物理模型，對噪聲測試進行分析的相關系統，并且在實際測量的基礎上，提出了對紅外探測器的可靠性和缺陷等方面進行了表征方法。

二是確定方案。我國在紅外探測器低頻造成的相關基礎上確定了噪聲測量的具體方案。根據制定的噪聲測量方案，研發對紅外探測器噪聲測試進行分析的相關系統，包括被測噪聲測試的分析軟件和硬件電路等，明確了具體的測量方法。

三是實際應用。我國已經將研制的系統，用于紅外探測器低頻噪音生產研究之中，主要圍繞低頻造成的溫度的特性，偏壓的特性和產生機理等方面進行展開。通過在研究的過程中，對實際測量的數據和理論計算的數據進行比較分析，對模型的正確性進行了驗證。通過驗證紅外探測器噪聲物理模型作為研究的基礎，建立了能夠保證紅外探測器可靠性和缺陷的噪聲模型，對缺陷的特征參數進行了有效提取，包括對造成表面缺陷的密度以及雜質激活能量和簡因子俘獲表面等。

本文中主要是對紅外探測器的研究工作，在可靠性篩選方面提供了新的方法路徑，能夠提升工藝水平，為紅外探測器在噪聲方面的研究奠定理論基礎。紅外探測系統中紅外探測器是核心軟件，能夠通過電壓或電流輸出信號，包含對探測器的靈敏度和探測率影響非常重要。所以降低紅外探測系統的噪音，能夠有效提升紅外探測器的性能。低頻噪聲會嚴重影響紅外探測器性能的發揮，而且利用紅外探測器對低頻噪聲進行評估，能夠分析其組件的質量和可靠性，能夠對組件的缺陷進行有效診斷。所以，展開對紅外探測器低頻造成的深入研究具有非常重要的現實意義。

3 探究不同紅外探測器降噪特點

紅外探測器具有非常多的優點，比如說成本非常低，能夠非制冷，而且響應的波段寬等優勢，為此各部門都給予了重點關注。當前，我國在紅外探測器研究方面有了新的突破，通過電子設計技術的發展，促進了紅外探測器在應用方面的選擇方向更加的廣泛，現在對于紅外探測器的研究，通過眾多材料的可選性，在工藝方面已經比較簡單。紅外探測器的價格已經非常親民，在各個領域應用非常的廣泛。

由于紅外探測器的敏感原材料擁有的特性，對振動方面的反應非常敏感，所以紅外探測器在探測精度方面要求比較高，尤其是在戰爭環境下，對震動造成的要求性能要求非常的高。所以對紅外探測器，在技術方面對抑制振動噪聲的要求非常的迫切，而且是要在不降低期間響應時間的前提下來實現的。當前對于紅外探測器振動噪聲的研究，最傳統的方法是優化器組件的制作工藝，作好放大器的設計。這種傳統的模擬信號處理的方法，在敏感元件上通過串聯的方式，通過傳感器的組件實現噪音的降低。這種的方式缺點是，犧牲了探測器的響應時間。由于快速響應在探測器振動噪聲方面產生了抑制作用，會制約紅外探測器在實際使用中作用的發揮。

另外，我國已經開展了熱釋電探測器振動噪聲方面的深入研究，通過采集噪聲掌握對性能和信號的影響[4]。在這方面研究有了一定的突破，提出了通過數字信號的方法，來掌握噪聲的信號和特征，然后通過數字濾波器，能夠在不降低探測器響應時間的前提下，實現對震動造成的有效抑制，從而整體性提高了熱釋電探測器在現實使用環境中的強大的適應能力。紅外探測器在受到干擾的環境中，依然能夠發揮好良好的性能。

我國在紅外探測器的研究方面，控制噪聲最主要的方法，是控制紅外探測器機械振動的幅度的大小，采用了沖擊寬屏特性，對金屬結構紅外探測系的共振特性，在力學因素方面進行了掌握。通過改變紅外探測器動力學的特性，探尋了有效降低噪音的途徑。通過大量的實驗結論表明，紅外探測器的懸臂的結構參數能夠對振動特性起的作用非常重要，在紅外探測器的自由端殼體間做支撐，能夠有效降低紅外探測器的噪音，可把震動造成的噪聲降到原來的5%。紅外探測器能夠根據不同的特性，產生不同的性能發揮，成為了當前我國在紅外設計研究建造方面，對不同的終端進行降噪處理的方法[5]。

4 結語

由于紅外探測器的響應時間與輻射調制的頻率關系密切，所以測量紅外探測器的噪聲的功率，是紅外探測器系統中比較核心的軟件。紅外探測器系統輸出的電流，對探測器的靈敏度和探測效率影響非常重要，降低紅外探測器的噪聲能夠有效提高探測器的實用性。為此得出：

探測器的輻射經過調制盤調節后，能夠照射到紅外探測器的光敏面上，輻射的強度是按照固定的頻率進行變化的，所以造成的功率能夠反映到紅外探測器的探測能力上，但是紅外探測器的強弱度與噪聲所產生的功率的輻射信號是不相等的。

紅外測探測器的強度和噪聲功率所產生的輻射信號，紅外探測系統并不能有效地進行探測到，所以在對紅外探測器系統進行設計的過程中，要求探測功率必須是等效噪聲功率的數倍，來保證紅外探測系統能夠有比較高的探測效率。

紅外探測系統在輻射測量方面對測量的精度要求非常的高，對弱信號也是要求在多元紅外探測器的測試過程中。傳統方法往往通過分析儀采集并配合人工讀數的方式來實現數據獲取。分析儀與前置放大器、氣源及工裝夾具各自獨立工作，采集的數據需要再次編輯并且效率低下。

將放大器的第一級設計成多通道并行，并在后級放大與第一級之間使用切換開關來保持通道的一致性，能夠最終實現自動化測試。