非制冷红外焦平面探测器阵列热响应时间测试系统及方法与流程

本发明涉及红外探测器技术领域，特别涉及到一种非制冷红外焦平面探测器阵列热响应时间的测试系统及测试方法。

背景技术：

非制冷红外焦平面阵列技术是当今红外技术发展的主要方向。非制冷红外焦平面探测器具有体积小、重量轻、高性价比及功耗低等特点，在军事、工业、医疗卫生、科学研究及环境监测等各领域得到广泛应用。热响应时间是衡量非制冷红外焦平面探测器性能的一个重要参数。当照射到探测器的入射辐射发生变化时，探测器的输出需要一定时间才能上升或下降至与辐射功率相对应的稳定值。

非制冷红外焦平面探测器的热响应时间越短，对入射辐射的变化越灵敏，其用途越广。因此，准确测试出非制冷红外焦平面探测器的热响应时间对于评价红外焦平面的探测器的性能，指导改进探测器的设计制造及工艺水平以及明确探测器的适用范围至关重要。然而，目前热响应时间的获取主要依赖于模拟仿真或是精度较低的评估方法，由于各种材料参数的缺失以及工艺的不稳定性，往往导致设计参数与实测参数差距较大，而无法指导工艺过程的参数调节。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种准确可靠的测定非制冷红外焦平面探测器阵列热响应时间的测试系统及测试方法。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种非制冷红外焦平面探测器阵列热响应时间测试系统，包括黑体、斩波器、被测探测器组件、测试系统，所述被测探测器组件包括被测非制冷红外焦平面探测器阵列、适配板，黑体的辐射面中心正对被测非制冷红外焦平面阵列的中心，斩波器置于黑体与被测探测器组件之间，测试系统通过黑体、斩波器及探测器组件提供的外接控制端口控制它们的状态，被测探测器的输出数据通过数据采集卡传输至测试系统。

作为优选方式，所述系统还包括光学镜头，所述光学镜头置于被测非制冷红外焦平面探测器阵列的前方，黑体的辐射面中心正对光学镜头的中心。

作为优选方式，黑体为腔式黑体或面源黑体。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种非制冷红外焦平面探测器阵列热响应时间的测试方法，利用上述系统进行测试，该方法为：黑体发出的辐射，经过斩波器斩波后照射到被测非制冷红外焦平面探测器阵列上，被测非制冷红外焦平面探测器阵列对不同斩波频率下的辐射产生不同的响应，通过采集不同斩波频率下被测非制冷红外焦平面探测器阵列的响应值，经过快速傅立叶变换fft变换得到频域下相应频率点下的响应幅值，按照公式 拟合求得热响应时间，其中rv(f)表示fft变换后频率f对应的响应幅值，rv(0)是直流响应幅值，τ是热响应时间，f是斩波器斩波的频率。

作为优选方式，所述测试方法进一步包括以下步骤：

步骤1：测量探测器的直流响应：

被测探测器组件上电稳定后，用常温物体完全遮住探测器组件，测量并记录此时探测器组件的输出vl；将黑体辐射温度设定为t,t高于常温，待黑体辐射温度稳定后，将被测探测器组件对准黑体，测量并记录探测器组件的输出v0；为避免黑体不能辐射到探测器全部面阵的情况，取面阵中心区域m×n的像素点求平均值 计算探测器组件的直流响应

步骤2：测量不同斩波频率下探测器的响应：

被测探测器组件工作在f0hz，使用斩波器对黑体的输出辐射进行斩波，斩波器的斩波频率不应高于 采集不同斩波频率f下探测器组件的输出数据，每组连续采集n*f帧，n≥2；将不同斩波频率下的数据进行快速傅立叶变换fft，得到频域下对应频率的响应幅值vf，选取步骤1中相同区域m×n的像素点求平均值 计算不同斩波频率下探测器组件的响应

步骤3：按照公式 拟合曲线并求出热响应时间τ：

根据步骤2测试计算得到的不同频率f下的rv(f)，以rv(0)和τ作为未知参数按照公式 拟合曲线并求出热响应时间τ，将探测器组件的直流响应rv作为拟合时rv(0)的初始值。

作为优选方式，所述方法的步骤3中τ的初始值设为0.01s。

作为优选方式，所述方法的步骤中涉及到的计算需要剔除盲元。

本发明的有益效果为：1、本方法采用了fft变换(快速傅立叶变换)，有效排除了噪声对热响应时间测试的影响，测量精度高，测试结果稳定可靠。2、本方法利用黑体、斩波器等标准设备即可进行测试，测试用时短，可行性强，效率高。

附图说明

图1为本发明测试非制冷红外焦平面探测器阵列的热响应时间流程示意图；

图2为本发明热响应时间测试平台示意图；

图3为热响应时间测试结果的拟合曲线图；

其中，1为腔式黑体，2为斩波器，3为光学镜头，4为被测探测器组件，5为测试系统。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如图2所示，一种非制冷红外焦平面探测器阵列热响应时间测试系统，包括腔式黑体1、斩波器2、被测探测器组件4、测试系统5，所述被测探测器组件包括被测非制冷红外焦平面探测器阵列、适配板、光学镜头3，所述光学镜头置于被测非制冷红外焦平面探测器阵列的前方，黑体的辐射面中心正对光学镜头的中心，黑体的辐射面中心正对被测非制冷红外焦平面阵列的中心，斩波器置于黑体与被测探测器组件之间，黑体为腔式黑体或面源黑体。测试系统通过黑体、斩波器及探测器组件提供的外接控制端口控制它们的状态，被测探测器的输出数据通过数据采集卡传输至测试系统。

图1为本发明测试红外焦平面探测器阵列的热响应时间流程示意图。

本实施例还提供一种非制冷红外焦平面探测器阵列热响应时间的测试方法，利用上述系统进行测试，该方法为：黑体发出的辐射，经过斩波器斩波后照射到被测非制冷红外焦平面探测器阵列上，被测非制冷红外焦平面探测器阵列对不同斩波频率下的辐射产生不同的响应，通过采集不同斩波频率下被测非制冷红外焦平面探测器阵列的响应值，经过快速傅立叶变换fft变换得到频域下相应频率点下的响应幅值，按照公式 拟合求得热响应时间，其中rv(f)表示fft变换后频率f对应的响应幅值，rv(0)是直流响应幅值，τ是热响应时间，f是斩波器斩波的频率。

具体的，所述测试方法进一步包括以下步骤：

步骤1：按照图2搭建测试平台：将腔式黑体、斩波器、被测探测器组件(含被测探测器、适配板、光学镜头)以及测试系统(pc)等设备进行连接。调整腔式黑体与被测探测器组件的平面距离，确保腔式黑体辐射面与光学镜头平面间距使聚焦后的成像清晰，并使光学镜头处于辐射面正中央处。调整斩波器的位置，确保通过斩波器的黑体辐射可均匀辐射到被测探测器组件上，确认无误后设备上电启动；

步骤2：测量探测器的直流响应：

被测探测器组件上电稳定后，探测器组件帧频设定为50hz，用常温物体完全遮住探测器组件，测量并记录此时探测器组件的输出vl；将黑体辐射温度设定为t，t高于常温，待黑体辐射温度稳定后，将被测探测器组件对准黑体，测量并记录探测器组件的输出v0；为避免黑体不能辐射到探测器全部面阵的情况，取面阵中心区域m×n的像素点求平均值 计算探测器组件的直流响应

步骤3：测量不同斩波频率下探测器的响应：

被测探测器组件工作在f0hz，使用斩波器对黑体的输出辐射进行斩波，斩波器的斩波频率不应高于 采集不同斩波频率f下探测器组件的输出数据，每组连续采集n*f帧，n≥2；将不同斩波频率下的数据进行快速傅立叶变换fft，得到频域下对应频率的响应幅值vf，选取步骤1中相同区域m×n的像素点求平均值 计算不同斩波频率下探测器组件的响应

步骤4：按照公式 拟合曲线并求出热响应时间τ：

根据步骤3测试计算得到的不同频率f下的rv(f)，以rv(0)和τ作为未知参数按照公式 拟合曲线并求出热响应时间τ，将探测器组件的直流响应rv作为拟合时rv(0)的初始值。τ的初始值设为0.01s。

图3为拟合成的曲线，热响应时间为8.6ms。

所述方法的步骤中涉及到的计算需要剔除盲元。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。