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Photon etc红外相机深度冷却的原理

作者: 时间:2021-05-08

本文介绍Photon etc红外相机深度冷却的原理,他们追求高灵敏度的红外相机。Photon etc认为照相机,特别是在短波红外(SWIR)区域使用的相机,暗电流是影响它科研成像的关键参数,想要研发出性价比高的红外相机,就必须在探测器冷却上选择好的解决方案!

冷却对于科研级相机的成像来说至关重要,相机内的InGaAs传感器的暗电流户随着温度上升而上升,大概每增加10˚C暗电流就会增加三倍,暗电流的增加会让相机传感器变得不灵敏,必须稳定相机探测器的温度才能获得强劲的灵敏度和动态范围

相机冷却有多种技术可供选择,每种技术都有一定的优点和缺点。Photon etc的产品几乎都采用了四级热电(TE4)风冷系统,以提高效率。


以下介绍三种的冷却方式:

TEC半导体冷却:

TEC半导体冷却的原理非常简单,给热电偶通上电流,它的有一端就会放出热量,而另一端会吸走热量,珀尔帖功率越高,则吸走热量的那一端就会越冷。利用的是珀尔帖效应,这种科学效应吸走热量的那一端可以达到零下的摄氏度,这个原理最广泛的应用在饮水机上面,自动制冷水以及制热水,现在也被慢慢的在科研领域使用起来


↑利用珀尔帖效应产生热量的热电装置示意图

斯特林冷却器:

斯特林冷却器又称ST制冷器,是一种电力驱动的制冷机,体积较小,内含气体和活塞,制冷原理是绝热膨胀,缺点是噪声较大,寿命较短,搭配相机使用时,它并不是一个独立的系统。



↑斯特林冷却器示意图

液氮冷却:

相机的探测器也可以用液氮冷却,液氮是指液态的氮气,在气化时会大量吸热,普遍用于快速冷冻、冷冻麻醉,当然也开始在科研领域使用在需要冷却的环境,这种冷却方式最低可以冷却到-147℃,不会产生任何噪声,缺点是需要日常维护,需要时不时的加入液氮,液氮不属于危险品,但是需要掌握相关知识的人操作。


三种冷却方案的优点:

每种冷却方法都有其优点和缺点,应用环境将决定什么是最好的方法。

液氮冷却较好的应用条件是:需要快速冷却,无振动,无噪音,初始成本较低,需要长时间使用的冷却环境,并且有人可以添加液氮。

斯特林冷却,ST冷却器较好的应用条件是:需要低暗电流或低功耗,不在乎振动和使用寿命。

TE冷却适应的应用条件是:需要耐用和免日常维护,无振动,低暗电流,小尺寸


Photon etc相机的冷却方式与其他竞争对手的性价比对比:

下图显示了Photon etcInGaAs相机传感器冷却与市场上其他传感器冷却之间的比较,图里显示了不同SWIR传感器的每像素暗电流随各自冷却温度的变化,价格和散热方法也有标注,与竞争对手相比,Photon etc的相机冷却提供了很好的性价比,

对比总结:

TE制冷的主要优势

-冷却空气系统

-紧凑型

-无活动部件

-可靠

-寿命长

-无需维护

-低暗电流

-高信噪比


TE冷却最适合用于科研或者工业应用的成像系统,这种冷却系统比其他可用的冷却技术更可靠、更简单、成本更低。TE4冷却的ZephIR InGaAsHgCdTe是先进科学研究和广泛工业应用的理想相机。它们非常适用于高光谱显微镜、快速宽带成像、线扫描系统、工业分类和质量控制。

合适的冷却方法在很大程度上取决于应用。TE4风冷系统最适合于工业应用和高要求的科学成像。这种冷却系统比其他可用的冷却技术更可靠、更简单、成本更低。TE4冷却的ZephIR InGaAsHgCdTe是先进科学研究和广泛工业应用的理想相机。它们非常适用于高光谱显微镜、快速宽带成像、线扫描系统、工业分类和质量控制,从而拓宽了光子etc的科学解决方案到SWIR光谱窗口的范围。




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