Улога термоелектричних хладилника (ТЕЦ) у ЦЦД, ЦМОС, ИнГАА и ВОкс детекторима
Како се технологије снимања настављају развијати ка већој осетљивости, већој резолуцији и ширем спектралном покривању, топлотно управљање постало је кључни фактор који утиче на перформансе детектора.
Без обзира да ли се користи у научним истраживањима, индустријској инспекцији, инфрацрвеном снимању или ваздухопловним апликацијама, температура детектора директно утиче на квалитет слике, стабилност сигнала, тачност мерења и дугорочну поузданост.
Иако различите технологије детектора раде у различитим опсеговима таласних дужина, имају један заједнички изазов:
Њихова перформанса у великој мери зависи од температуре.
Због тога су термоелектрични хладилници (ТЕЦ) постали суштинско решење за топлотно управљање за многе високо-продуктивне системе Фокалног равнана масива (ФПА).
За разлику од технологија хлађења на бази компресора, ТЕЦ-ови пружају чврсто стање, без вибрација, без одржавања температуре, док пружају одличну температурну стабилност у компактном пакету.
Шта је ФПА?
A Фокална масива (ФПА) је дводимензионални масив детекторских елемената постављених у фокусној равни оптичког система. Он конвертује долазеће оптичке сигнале у електричне сигнале који се обрађују како би се генерисале дигиталне слике.
У зависности од материјала детектора и оперативне таласне дужине, ФПА се обично класификују у четири категорије:
Иако свака технологија детектора има јединствене карактеристике, прецизна контрола температуре је од суштинског значаја за постизање стабилног перформанса снимања.
Четири детекторске технологије, четири различита топлотна изазова
Научна ЦЦД
Научни ЦЦД детектори се широко користе у астрономији, флуоресцентној микроскопији, спектроскопији и другим апликацијама у ултра ниској светлости.
Њихов највећи изазов је тёмна струја , која се експоненцијално повећава са температуром. Као опште инжењерско правило, тамна струја се смањује за око 50% за сваки пад температуре детектора од 67 °C.
ТЕЦ-ови у вишестепени комбинацији са прецизном ПИД контролом температуре могу одржавати температуре детектора ниске као 20°C до 100°C , што значајно побољшава однос сигнала и буке и омогућава снимање дугог излагања.
Инжењерска препорука П&Н & и-ТЕЦ
ТЕЦ-ови са вишестепеним ТЕЦ-ом са ПИД контролом температуре у затвореном циклусу препоручују се за ЦЦД системе са дугом експозицијом које захтевају максималну стабилност слике.
Научни ЦМОС
Научни сензори CMOS (sCMOS) пружају високу брзину, ниску буку за читање и одличан динамички опсег.
Иако ЦМОС технологија нуди нижу потрошњу енергије од ЦЦД-а, топлотна бука и даље постаје ограничавајући фактор током дуготрајне изложености.
Активно ТЕЦ хлађење обично одржава температуре детектора између 0°C и 30°C , смањујући топлотну буку и побољшавајући конзистенцију слике.
Потрошачке камере се углавном ослањају на пасивно хлађење, док научни ЦМОС системи често захтевају активну контролу температуре.
Инжењерска препорука П&Н & и-ТЕЦ
Активно хлађење ТЕЦ-ом се препоручује за научне ЦМОС системе које раде у условима дуге изложености или слабог осветљења.
ИнГАА СВИР детектори
ИнГАА детектори се широко користе у краткоталасној инфрацрвеној (СВИР) сликању за инспекцију полупроводника, фотоволтајско тестирање, машинско виђење, даљинско сензирање и одбрамбене апликације.
Пошто ИнГАА има релативно уски просек у опсегу, топлотно генерисани носиоци брзо се повећавају када температура расте, стварајући значајну топлотну буку.
Из тог разлога, ТЕЦ хлађење је постало стандардна пракса уместо опционалне карактеристике у високо-производним СВИР системима.
Типичне оперативне температуре се крећу од 20°C до 80°C , у зависности од пројектовања детектора и захтева за примену.
Инжењерска препорука П&Н & и-ТЕЦ
За индустријске СВИР системе за снимање, ТЕЦ хлађење треба сматрати саставним делом дизајна детектора, а не једноставно побољшањем перформанси.
Несохлађени инфрацрвени детектори за ВОкс / а-Си
Иако су микроболометри VOx и a-Si обично познати као неохлађени инфрацрвени детектори , они и даље захтевају веома стабилне оперативне температуре.
Флуктуације температуре узроковане условама окружења или самогревањем детектора могу увести топлотни дрифт, смањујући конзистенцију слике и тачност мерења.
Уместо да обезбеде дубоко хлађење, ТЕЦ-ови одржавају детекторску супстрату на сталној температури 25°C до 30°C да би се свео до минимума дрифт и осигурао поуздани перформанс топлотне слике.
Инжењерска препорука П&Н & и-ТЕЦ
У прецизним апликацијама топлотне сликање, одржавање стабилне температуре детектора често је важније од постизања најниже могуће температуре.
Инжењерска перспектива
Иако ЦЦД, ЦМОС, ИнГАА, и ВОкс детектори сви имају користи од контроле температуре, њихови циљеви топлотног управљања су фундаментално различити.
Из тог разлога, избор ТЕЦ-а није само о капацитету хлађења. Успешно решење за управљање топлотом такође захтева пажљиво разматрање распадња топлоте, алгоритама за контролу, дизајна пакета, потрошње енергије и дугорочне поузданости.
За високо-производне системе за снимање, тЕЦ није једноставно уређај за хлађењеон је саставни део целокупног система топлотне управљања.
Zaključak
Како научна сликања, СВИР технологија, инфрацрвена сензора и ваздухопловне апликације настављају да напредују, потражња за прецизним топлотним управљањем ће наставити да расте.
Различне технологије детектора захтевају различите стратегије контроле температуре, али све имају исти циљ: одржавање стабилног перформанса детектора у променљивим условима окружења.
У П&Н & и-ТЕЦ , ми остајемо посвећени развоју поузданих термоелектричких решења за хлађење за напредне системе за снимање. Комбиновањем инжењерске експертизе са прилагођеним ТЕЦ технологијамаод миниатурних модула са једном фазом до решења за хлађење у више фаза, наставили смо да помажемо купцима да побољшају перформансе снимања, стабилност система и дугорочну поузданост у широком спектру апликација
EN
