紅外熱成像儀原理

　紅外輻射是指波長在0.75um至1000um，介于可見光波段與微波波段之間的電磁輻射。紅外輻射的存在是由天文學家赫胥爾在1800年進行棱鏡試驗時發現。紅外輻射具有以下特點及應用：　　

　　（1）所有溫度在熱力學零度以上的物體都自身發射電磁輻射，而一般自然界物體的溫度所對應的輻射峰值都在紅外波段。因此，利用紅外熱像觀察物體無需外界光源，相比可見光具有更好的穿透煙霧的能力。紅外熱像是對可見光圖像的重要補充手段，廣泛用于紅外制導、紅外夜視、安防監控和視覺增強等領域。　　

　　（2）根據普朗克定律，物體的紅外輻射強度與其熱力學溫度直接相關。通過檢測物體的紅外輻射可以進行非接觸測溫，具有響應快、距離遠、測溫范圍寬、對被測目標無干擾等優勢。因此，紅外測溫特別是紅外熱像測溫在預防性檢測、制程控制和品質檢測等方面具有廣泛應用。　　

　　（3）熱是物體中分子、原子運動的宏觀表現，溫度是度量其運動劇烈程度的基本物理量之一。各種物理、化學現象中，往往都伴隨熱交換及溫度變化。分子化學鍵的振動、轉動能級對應紅外輻射波段。因此，通過檢測物體對紅外輻射的發射與吸收，可用于分析物質的狀態、結構、狀態和組分等。　　

　　（4）紅外輻射具有較強的熱效應，因此廣泛地用于紅外加熱等。　　

　　綜上所述，紅外輻射在我們身邊無處不在。而對于紅外輻射的檢測及利用，更是滲透到現代軍事、工業、生活的各個方面。由于人眼對于紅外輻射沒有響應，因此對于紅外輻射的感知和檢測必須利用專門的紅外探測器。紅外輻射波段對應的能量在0.1eV-1.0eV之間，所有在上述能量范圍之內的物理化學效應都可以用于紅外檢測。在發現紅外輻射后至今的幾百年內，人們研制了各種各樣的紅外探測器。　　

紅外熱成像儀原理

　　非制冷紅外焦平面探測器由許多MEMS微橋結構的像元在焦平面上二維重復排列構成，每個像元對特定入射角的熱輻射進行測量，其基本原理如圖4所示，a):紅外輻射被像元中的紅外吸收層吸收后引起溫度變化，進而使非晶硅熱敏電阻的阻值變化；b):非晶硅熱敏電阻通過MEMS絕熱微橋支撐在硅襯底上方，并通過支撐結構與制作在硅襯底上的COMS獨處電路相連；c):CMOS電路將熱敏電阻阻值變化轉變為差分電流并進行積分放大，經采樣后得到紅外熱圖像中單個像元的灰度值。

　　為了提高探測器的響應率和靈敏度，要求探測器像元微橋具有良好的熱絕緣性，同時為保證紅外成像的幀頻，需使像元的熱容盡量小以保證足夠小的熱時間常數，因此MEMS像元一般設計成如圖5所示的結構。利用細長的微懸臂梁支撐以提高絕熱性能，熱敏材料制作在橋面上，橋面盡量輕、薄以減小熱質量。在襯底制作反射層，與橋面之間形成諧振腔，提高紅外吸收效率。像元微橋通過懸臂梁的兩端與襯底內的CMOS讀出電路連接。所以，非制冷紅外焦平面探測器是CMOS-MEMS單體集成的大陣列器件。