收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于MEMS技术的光学读出非制冷红外成像系统研究

程腾  
【摘要】: 目前,红外成像技术已在军事、工业、商业等广泛的领域发挥了重要的应用,其中,非制冷红外成像技术因其体积小、成本低、性能高而备受关注。本文在课题组已有工作基础上,对基于MEMS技术的新型光学读出非制冷红外成像系统进行了深入的研究,主要在无基底FPA的仿真分析和结构设计、光学读出方法的优化、红外成像系统的小型化和工程化等方面进行学习和研究,取得的主要成果如下: (1)在无基底FPA的仿真分析方面,通过有限元方法,开发了像素数为80×80的无基底FPA和有基底FPA的三维有限元仿真分析平台,并通过ANSYS软件分析热应力问题时的间接法,详细分析了它们在热学性能、热机械性能上的差异。分析发现: (a)在热学性能方面,由于支撑框架的热导大幅度减小,无基底FPA具有和有基底FPA完全不同的热学特性。一方面,支撑框架等效于一段与热隔离梁串联的热阻,它有效降低了感热单元的总热导,提高了感热单元的温升效果,另一方面,支撑框架通过热扩散使相邻单元产生了“预温升”现象,它通过线性叠加大幅度提高了感热单元的温升。这些特性使得无基底FPA的能量转换效率大幅度提高,甚至有数量级的提升。 (b)在热机械性能方面,由于无基底FPA的支撑框架是变温结构,各感热单元的双材料变形梁的温升几乎相等,因此,其热变形效率与有基底FPA相比,最大可提高约33%。 根据上述有限元分析结果,修正了基于恒温基底假设的物理模型,具体涉及感热单元的总热导和热变形效率公式。 (2)在无基底FPA的结构设计方面,设计了增强型的支撑框架。它可在保持感热单元热学性能的基础上有效提高支撑框架的结构性能,从而解决在大阵列的无基底FPA(≥1024×1024)中,支撑框架的Z向刚度比较薄弱的问题。 (3)在光学读出方法的优化方面,根据傅里叶光学的近场夫琅和费衍射理论,建立了反光板弯曲时的光学检测灵敏度的理论分析模型,发现系统的光学检测灵敏度是关于反光板板长、曲率半径和刀口滤波器位置的函数。通过建立的理论分析模型,提出了一种针对弯曲反光板的光学优化方法。它可以最大化地提高系统的光学检测灵敏度,将由反光板弯曲引起的灵敏度损失降低到最小程度。 (4)在红外成像系统的小型化和工程化方面,通过FPGA+DSP架构,设计并实现了第一代小型化的图像采集处理系统,并组装了光学读出非制冷红外成像系统的原理样机,虽然其成像效果与放置在防震台上的实验系统有明显差距,但仍获得了室温物体的红外图像。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 Gerald C.Holst;红外成像系统的测试与评价[J];红外;2000年09期
2 顾聚兴;红外成像系统:设计、分析、建模与测试Ⅺ[J];红外;2002年01期
3 高国龙;美将研制用于提高飞行安全性的高级前视红外成像系统[J];红外;2002年11期
4 傅宏明,隋左宁;红外成像系统检定标准装置的研究[J];红外技术;2003年01期
5 顾聚兴;红外成像系统与被动式毫米波成像系统:设计、分析、建模与测试[J];红外;2004年02期
6 丁金伟;张葆;李永刚;撖芃芃;;气象测云红外成像系统的设计与分析[J];光学精密工程;2008年12期
7 杨俊彦;沈飞;;凝视红外成像系统温度变化对其性能的影响[J];红外与激光工程;2008年S2期
8 ;《红外成像系统测试与评价》(第二版)(内部资料)[J];红外与激光工程;2008年06期
9 范晋祥;张渊;;新概念军用红外成像系统的发展[J];红外与激光工程;2008年03期
10 高;;红外成像系统及其所用的透镜组件[J];红外;2008年08期
11 邹前进;;基于实测数据的红外成像系统噪声测量仿真[J];激光与红外;2008年10期
12 范晋祥;岳艳军;;军用红外成像系统新概念新体制的发展[J];红外与激光工程;2011年01期
13 章文芳;胡波;章桂永;韩书键;;泡沫对红外成像系统干扰效能分析[J];红外技术;2012年03期
14 戎瑞;;红外成像系统的最近生产情况[J];激光与红外;1985年03期
15 蔡志浩;;红外成像系统中多元串扫信号的时间延时积分处理[J];激光与红外;1986年07期
16 陈光余;;红外成像系统的分类定义和应用[J];红外与激光技术;1989年01期
17 В.Γ.考拉勃劳达夫,Н.舒斯捷尔,张慈农;红外成像系统探测和辨认目标最大距离的计算方法[J];红外;1996年01期
18 姜忠宝;高俊国;段少丽;陈雷;王昌盛;赵立辉;;无人侦察机上的红外成像系统[J];电子元器件应用;2003年08期
19 王晓蕊,张建奇,常洪花,刘鑫;一种表征红外成像系统性能的新方法[J];红外技术;2003年02期
20 刘鑫茂;张红刚;胡磊力;;红外成像系统目标探测距离测试方法[J];红外与激光工程;2008年S2期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 邱民朴;马文坡;;背景辐射对红外成像系统的性能影响[A];中国空间科学学会第七次学术年会会议手册及文集[C];2009年
2 杨德贵;朱孝开;黎相;肖顺平;;基于凝视红外成像系统的被动测距研究[A];第十三届全国信号处理学术年会(CCSP-2007)论文集[C];2007年
3 王军平;尚超;李建军;;两轴反射式红外成像系统解像旋研究[A];2011航空试验测试技术学术交流会论文集[C];2010年
4 刘泽文;曹峰梅;王全喜;白廷柱;;舰载红外成像系统性能评估软件设计[A];第三届红外成像系统仿真、测试与评价技术研讨会论文集[C];2011年
5 李艳晓;胡磊力;蔡猛;;红外成像系统的性能测试方法研究[A];第二届红外成像系统仿真测试与评价技术研讨会论文集[C];2008年
6 杨俊彦;沈飞;;凝视红外成像系统温度变化对其性能的影响[A];第二届红外成像系统仿真测试与评价技术研讨会论文集[C];2008年
7 刘鑫茂;张红刚;胡磊力;;红外成像系统目标探测距离测试方法[A];第二届红外成像系统仿真测试与评价技术研讨会论文集[C];2008年
8 宦克为;庞博;石晓光;赵青义;石宁宁;;红外成像系统的性能测试及评价方法研究[A];第二届红外成像系统仿真测试与评价技术研讨会论文集[C];2008年
9 杨争;周伟;徐惠忠;;红外成像系统在军事领域的应用前景[A];第二届红外成像系统仿真测试与评价技术研讨会论文集[C];2008年
10 张亚峰;荊卫国;陈龙;;红外成像系统的物理效应仿真[A];第十二届全国光学测试学术讨论会论文(摘要集)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 刘鑫;多光谱红外成像系统性能表征方法研究[D];西安电子科技大学;2012年
2 何国经;红外成像系统性能评估方法研究[D];西安电子科技大学;2008年
3 赵宏亮;基于红外成像系统的低温读出电路设计技术研究[D];天津大学;2012年
4 程腾;基于MEMS技术的光学读出非制冷红外成像系统研究[D];中国科学技术大学;2010年
5 闫兴涛;基于光纤传像束的推扫式红外成像系统研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈土江;红外成像系统的设计与实现[D];重庆大学;2009年
2 王逸群;凝视型红外成像系统虚拟样机工程化技术研究[D];西安电子科技大学;2013年
3 左月萍;红外成像系统的典型效应模拟与系统性能评估[D];西安电子科技大学;2002年
4 马文强;皮下静脉红外成像系统研究[D];大连理工大学;2013年
5 李现华;开放式红外成像系统的硬件平台设计[D];重庆大学;2008年
6 刘啸;红外图像高速传输系统的设计[D];华中科技大学;2011年
7 王娟;红外成像系统的作用距离估算[D];电子科技大学;2004年
8 石磊;激光损伤效应对红外成像系统性能影响的仿真研究[D];西安电子科技大学;2009年
9 曾凡旋;凝视型高速红外成像系统仿真[D];西安电子科技大学;2011年
10 高巍巍;红外成像系统激光干扰的图像仿真与效果评估[D];西安电子科技大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978