德国海曼heimann红外热成像传感器工作原理-电子发烧友网

下文介绍德国海曼heimann公司红外热成像传感器工作原理，尽管非接触式红外温度传感和海曼红外热成像的基本原理相同，但我们还想提供一些额外的热成像基础知识。这包括对最重要基础知识的简要概述，这些基础知识对于红外热成像与普通可见光相机基本相同。此外，我们还提供了有关空间温度测量应考虑的最重要特征的有用提示。

红外光学基础

红外 (IR) 光学系统可以用适用于可见光谱的相同参数来描述。除了波长之外，主要区别在于透镜的材料。对于红外光学元件，通常使用锗 (Ge)、硅 (Si)、硫化锌或硫族化物玻璃，因为这些材料在相关红外光谱中表现出良好的透明度，而普通玻璃在热红外光谱中不透明。最常见的是锗和硅，锗的透明度更好，但价格更高。特殊的光学镀膜可以进一步提高透明度，当然这也与较高的价格有关。

为避免在此处涉及不必要的细节，您可能需要查阅其他信息来源，例如也提供光学基础知识的维基百科。在这里，我们将重点关注最重要的部分。

f值与光学性能的关系

描述光学系统的两个主要参数是焦距和 f 值。焦距 f 与焦平面区域 (FPA) 的尺寸相结合，决定了相机的视场 (FOV)。f 数 (N) 是焦距与镜头孔径之比，本质上是入射光瞳直径 D。由于定义为 N=f/D，因此入射孔径越大，f 数越小.

通常，较小的 f 值对应于可以到达 FPA 敏感矩阵的更多辐射。更多的辐射将导致更好的信噪比 (SNR)。由于低 f 值需要更大直径的镜头系统，因此还需要更多的材料和更严格的制造公差。因此，只有以更高的价格才能获得更好的性能。

此外，光圈值对光学系统的动态范围(温度测量范围)也有影响。光圈越大，f 值越小，在给定物体温度下，IR 敏感像素检测到的辐射就越多。这将降低可检测到的最高温度，因为我们的 FPA 中的信号处理具有固定增益，无法针对不同的光学器件进行调整。对于模数转换，这意味着在特定的目标辐射水平下，会产生最大的数字输出值。如果传感器由于较小的 f 值而接收到较高的辐射，输出仍将是最大数字值，因此测量范围被截断并且传感器在这些像素位置被称为饱和。

为了在不饱和的情况下扩展动态范围，可以使用滤光片来衰减部分红外光谱，以减少传感器处的辐射量。使用小 f 值和精心挑选的滤光片可以在较低的物体温度下获得良好的 SNR，并增加测量范围。

空间温度测量

在我们研究温度测量之前，我们必须了解光学系统空间分辨率的概念。

空间分辨率

如果您想拍摄场景或物体的热图像，决定空间分辨率的三个主要参数是传感器阵列的像素间距以及 FOV 和传感器与物体之间距离的组合。为了更好地理解这种关系，请参考下图：

想象一下，FPA 通过透镜光学装置投射到远处的屏幕上。FOV 根据到传感器的距离确定 FPA 的投影尺寸。对于相同的距离(A 和 B)和 FPA 的相同像素间距，与小 FOV 相比，大 FOV 将产生更大的图像，并且单个像素也更大。因此，对于更远的距离，小 FOV 光学器件将具有更高的空间分辨率，但当然它们也会显示更小的场景部分。如果您想获得具有大 FOV 的相同空间分辨率，您有两种选择。一是缩短测量距离(从B到A)。另一种选择是增加像素数。对于相同的 FPA 尺寸，这意味着减小像素间距。

确定空间温度

关于空间温度测量，必须牢记上述关系。

要确定热图像中特定特征或细节的温度，该特征或细节必须至少照亮一个完整的像素。如果不是这种情况，像素将检测到物体和相邻背景的混合温度。下图将有助于使事情变得清晰：

有两个像素，其中狗的填充因子

与显示的背景。对于中间的 100% 像素，摄像头将检测狗特定部位的温度。但是对于狗头部的 50% 填充像素，相机将测量狗头部温度和背景的叠加。

例如：如果狗的头部温度为 30°C，背景为 20°C，则摄像机将检测到 25°C 作为狗的头部温度。

尤其是对于小对象和特征，会出现此问题。即使物体大于一个像素，物体的位置也会对传感器的温度读数产生很大影响。您可以从下图中看到这一点：

小物体的移动或移动会导致温度读数发生显着变化，并且无法可靠地检测到。因此，为了确定物体或特征的正确温度，应可靠检测到的最小特征应照射一个以上的像素。因此，对于大目标距离或小物体尺寸，您应该考虑更小的 FOV 或具有更多像素的传感器。

如何确定相机的 FOV

射线定律可以用来粗略地确定相机的FOV：

P 等于像素间距，n 是相应方向上的元素数。这意味着如果两个方向上的元素数量不相等，则 FOV 可以在 x 和 y 方向上变化。

举个例子：一个80x64的热电堆阵列，像素间距为90μm。结合 17mm 焦距光学器件，FOV 将产生 24° x 20°：

请注意，此公式不适用于宽视场光学器件，因为未考虑系统的像差。要确定图像是否足够大以实现 100% 的填充因子，也可以使用射线定律。图像大小 I可以通过以下方式轻松计算：

其中O 是物体大小，f 是焦距，d 是物体的距离。图像大小除以像素间距得到照亮的像素数。例如：肩宽为 50 厘米的人与 HTPA32x32 L5.0 的距离为 2 米。因此，f = 0.005 m，O = 0.5m 和d = 2m。这导致图像大小为I = 1.25e-3 m。对于 90 μm 的像素间距，我们总共得到 13.9 个像素点亮。

深圳市龙享科技是德国海曼公司中国区代理。海曼Heimann是一家生产高品质红外热电堆、热电堆模块（包括先进的信号处理）和热电堆阵列的知名制造商，用于远程温度测量和气体检测。凭借强大的创新能力，海曼传感器是低像素红外成像的世界市场佼佼者。我们的热电堆阵列还保持着*大空间分辨率热电堆阵列的世界记录，分辨率为120x84像素。除了热电堆，产品组合还包括热释电传感器、红外光源和真空传感器。海曼传感器每年制造超过1500万个传感器，而且这种趋势正在上升。海曼是一家通过DIN EN ISO 9001认证的公司。除了生产和销售的产品外，海曼heimann还非常重视研发新的、更好、更小、更快的红外热电堆产品和气体浓度测量设备。

德国海曼公司heimann热成像热电堆阵列传感器型号大全：

HTPA8x8dR1L0.8/0.8F5.0 HiC[Si]

HTPA8x8dR1L2.1/0.8F5.0 HiC[Si]

HTPA8x8dL7.0/1.2HiC[Si]

HTPA16x4R1L2.1 EA

HTPA16x4R1L3.6 EA

HTPA16x4R1L5.5 EA

HTPA16x16dR2L1.0/0.8F5.0 HiC[Si]

HTPA16x16dR2L2.1/0.8F5.0 HiC[Si]

HTPA16x16dR2L5.0/0.85F7.7 HiC

HTPA16x16dR2L1.6/0.8F5.0HiC[Si]

Single Optics单个光学器件