红外探测器低噪声自动化测试技术探析

陆国强

（三江学院，江苏 南京 210012)

0 引言

红外探测器的种类很多，可以根据温度、用途和结构进行细化分类。红外探测器的工作原理，是把人体移动轨迹通过电热元件检测到，然后输入信号后转变成电压的信号，对电压信号波动分析后，产生视频的影像[1]。红外探测器通过快速响应的热释放所产生的输出信号的频谱，来得出最后的结果。这是通过数字降噪的方案，以及硬件电路最终实现。

1 探究红外探测技术发展

目前红外探测器技术主要有三种，研究领域分为近红外、中红外和远红外[2]。其中红外探测器技术应用最为广泛，是依靠中红外具有的高穿透性和高强度性来实现的，在研究方面也最为成熟，可以分析到物质的分子成分。远红外可用于探测和加热，它最主要的特点是穿透性特别强，应用方面也比较广泛。近红外长期以来没有受到应有的重视，只因为近红外穿透力一般，强度较小，最近几年才成为研究的热点。近红外技术可以对于某些成分做好定量的检测，而且还能够不破坏，样品完成实验需要。红外探测技术主要有四大优势，对环境的适应性非常好，能够在非常恶劣的天气下，仍然可以进行工作；有隐蔽性好，一般不会受到干扰；能够很好地识别伪装目标，因为红外探测器是依靠目标的背景和目标各温度的差异来形成的红外辐射进行探测；红外探测技术具有重量轻、体积小、消耗的功耗少等优点。

红外探测技术能够充分利用大气窗口，通过光谱响应，从短波到长波实现对室温的目标进行探测，实现了有单元向多元的探测器发展，从多元已经发展到了焦平面，实现了两次飞跃。同时，红外探测器的系统也实现了从点源探测到目标热成像的技术飞跃。系统方面，从单波向多波进行发展。目前已经出现了各种类别的红外探测器，为系统的应用提供了更加广阔的选择。

随着我国红外技术的迅速发展，为国家的发展提供了更加广泛的条件，当前红外探测技术在民用领域和国防建设方面都发挥着重要的作用，在新时代是国家信息化建设的重要组成内容。世界上的发达国家也对红外探测技术进行了长期的研究。目前已经发展到了非制冷型红外探测器属于第三代红外探测器。当前在这方面研究我国的起步较晚，与发达国家相比，在技术方面还有一定的差距。但是我国红外探测器技术方面的非制冷红外焦平面的研究进展迅速，对非制冷红外探测器的组件研究方面也取得了很大的进展。在降低噪音方面实现了突破，有效解决了红外探测器在设计和研发方面低噪音探测器组件的研究工作。我国在非制冷红外焦平面阵列的噪声性能的基础上，提出了新的设计思路，对低噪声组件进行了有效研发。红外探测器的电源电路、持续驱动电路和数据处理等方面入手，通过分模块的方式，完成了低噪声红外探测器相关组件的设计及生产，将红外探测器设计的性能得到了大幅度的提升[3]。

2 探究红外探测器降噪的原因

当前我国在红外探测器低频噪声的研究方面，还有很多不足之处，而且在测量方法上比较复杂，研究的目的方面不够广阔还非常单一。探究红外探测器降噪的原因：

一是建立模型。我国为了对红外探测器在低频噪声方面的深入研究，建立了红外探测器低频噪声物理模型，对噪声测试进行分析的相关系统，并且在实际测量的基础上，提出了对红外探测器的可靠性和缺陷等方面进行了表征方法。

二是确定方案。我国在红外探测器低频造成的相关基础上确定了噪声测量的具体方案。根据制定的噪声测量方案，研发对红外探测器噪声测试进行分析的相关系统，包括被测噪声测试的分析软件和硬件电路等，明确了具体的测量方法。

三是实际应用。我国已经将研制的系统，用于红外探测器低频噪音生产研究之中，主要围绕低频造成的温度的特性，偏压的特性和产生机理等方面进行展开。通过在研究的过程中，对实际测量的数据和理论计算的数据进行比较分析，对模型的正确性进行了验证。通过验证红外探测器噪声物理模型作为研究的基础，建立了能够保证红外探测器可靠性和缺陷的噪声模型，对缺陷的特征参数进行了有效提取，包括对造成表面缺陷的密度以及杂质激活能量和简因子俘获表面等。

本文中主要是对红外探测器的研究工作，在可靠性筛选方面提供了新的方法路径，能够提升工艺水平，为红外探测器在噪声方面的研究奠定理论基础。红外探测系统中红外探测器是核心软件，能够通过电压或电流输出信号，包含对探测器的灵敏度和探测率影响非常重要。所以降低红外探测系统的噪音，能够有效提升红外探测器的性能。低频噪声会严重影响红外探测器性能的发挥，而且利用红外探测器对低频噪声进行评估，能够分析其组件的质量和可靠性，能够对组件的缺陷进行有效诊断。所以，展开对红外探测器低频造成的深入研究具有非常重要的现实意义。

3 探究不同红外探测器降噪特点

红外探测器具有非常多的优点，比如说成本非常低，能够非制冷，而且响应的波段宽等优势，为此各部门都给予了重点关注。当前，我国在红外探测器研究方面有了新的突破，通过电子设计技术的发展，促进了红外探测器在应用方面的选择方向更加的广泛，现在对于红外探测器的研究，通过众多材料的可选性，在工艺方面已经比较简单。红外探测器的价格已经非常亲民，在各个领域应用非常的广泛。

由于红外探测器的敏感原材料拥有的特性，对振动方面的反应非常敏感，所以红外探测器在探测精度方面要求比较高，尤其是在战争环境下，对震动造成的要求性能要求非常的高。所以对红外探测器，在技术方面对抑制振动噪声的要求非常的迫切，而且是要在不降低期间响应时间的前提下来实现的。当前对于红外探测器振动噪声的研究，最传统的方法是优化器组件的制作工艺，作好放大器的设计。这种传统的模拟信号处理的方法，在敏感元件上通过串联的方式，通过传感器的组件实现噪音的降低。这种的方式缺点是，牺牲了探测器的响应时间。由于快速响应在探测器振动噪声方面产生了抑制作用，会制约红外探测器在实际使用中作用的发挥。

另外，我国已经开展了热释电探测器振动噪声方面的深入研究，通过采集噪声掌握对性能和信号的影响[4]。在这方面研究有了一定的突破，提出了通过数字信号的方法，来掌握噪声的信号和特征，然后通过数字滤波器，能够在不降低探测器响应时间的前提下，实现对震动造成的有效抑制，从而整体性提高了热释电探测器在现实使用环境中的强大的适应能力。红外探测器在受到干扰的环境中，依然能够发挥好良好的性能。

我国在红外探测器的研究方面，控制噪声最主要的方法，是控制红外探测器机械振动的幅度的大小，采用了冲击宽屏特性，对金属结构红外探测系的共振特性，在力学因素方面进行了掌握。通过改变红外探测器动力学的特性，探寻了有效降低噪音的途径。通过大量的实验结论表明，红外探测器的悬臂的结构参数能够对振动特性起的作用非常重要，在红外探测器的自由端壳体间做支撑，能够有效降低红外探测器的噪音，可把震动造成的噪声降到原来的5%。红外探测器能够根据不同的特性，产生不同的性能发挥，成为了当前我国在红外设计研究建造方面，对不同的终端进行降噪处理的方法[5]。

4 结语

由于红外探测器的响应时间与辐射调制的频率关系密切，所以测量红外探测器的噪声的功率，是红外探测器系统中比较核心的软件。红外探测器系统输出的电流，对探测器的灵敏度和探测效率影响非常重要，降低红外探测器的噪声能够有效提高探测器的实用性。为此得出：

探测器的辐射经过调制盘调节后，能够照射到红外探测器的光敏面上，辐射的强度是按照固定的频率进行变化的，所以造成的功率能够反映到红外探测器的探测能力上，但是红外探测器的强弱度与噪声所产生的功率的辐射信号是不相等的。

红外测探测器的强度和噪声功率所产生的辐射信号，红外探测系统并不能有效地进行探测到，所以在对红外探测器系统进行设计的过程中，要求探测功率必须是等效噪声功率的数倍，来保证红外探测系统能够有比较高的探测效率。

红外探测系统在辐射测量方面对测量的精度要求非常的高，对弱信号也是要求在多元红外探测器的测试过程中。传统方法往往通过分析仪采集并配合人工读数的方式来实现数据获取。分析仪与前置放大器、气源及工装夹具各自独立工作，采集的数据需要再次编辑并且效率低下。

将放大器的第一级设计成多通道并行，并在后级放大与第一级之间使用切换开关来保持通道的一致性，能够最终实现自动化测试。