基于虚拟仪器技术的红外热成像实验系统.pdf

中文摘要 摘 要 红外辐射是一种在自然界中处处存在的现象。通过获取自然界中物体辐射出 的能量，可以获得被测物体的特征、信息甚至是其内部结构。由于它适用于很多 恶劣环境 如雨雪、雾霾等 ，因此红外探测技术在民用和军用领域均已经得到了( ) 广泛的应用，并且仍在不断发展。 近年来，在各种红外传感器中，微测辐射热计发展最为迅速、最受关注，其 具有高性价比、低功耗、无需机械装置等特点，成为了目前红外热成像市场的主 流成像器件。在红外探测器的研发过程中，需要相应的成像测试实验系统对芯片 的设计结果(包括数模混合电路等)进行验证测试和成像实验。本文即基于与合作 方联合研制的微测辐射热计进行成像实验系统设计，该系统可以对封装后的微测 辐射热计进行机械安装并快速成像，以较低的成本迅速而直观地评估微测辐射热 计的成像效果，从而达到初步评估器件性能的目的。 本文对红外探测器、红外热成像系统进行了基本阐述，在结合硬件资源、方 案可行性、性价比等因素考虑下设计了一套红外热成像实验系统。系统包含驱动 电路部分、虚拟仪器部分两个主要构成模块。在以微测辐射热计为核心的驱动电 路部分，本文设计了一套驱动信号板和信号转接板，驱动信号板通过多款低压差 线性稳压器为微测辐射热计提供低噪声的驱动电压，通过可编程逻辑器件为微测 辐射热计提供正确的时序驱动信号，从而保证了微测辐射热计正常工作并产生视 频信号。转接板则完成了驱动信号到微测辐射热计的转接输入以及视频信号的转 接输出，同时实现了未焊接情况下微测辐射热计的机械安装。在虚拟仪器部分， 本文通过NI 的数据采集卡和机箱实现数据采集，通过LabVIEW 实现采集后的图 像处理和人机界面交互。 本文最终成功完成了驱动信号板的模拟信号测试、时序信号仿真与板上测 试，分析了信号的可用性，并调试信号使微测辐射热计达到最佳灵敏度，成像后 通过LabVIEW 对图像进行了一定的处理和优化，最后完成实时成像，通过成像 结果能够分辨出有效信息。该系统基本可以满足合作方对微测辐射热计可用性的 实验检验要求。 关键词：红外热成像系统；微测辐射热计；虚拟仪器技术；信号驱动板 I 英文摘要 Abstract Infrared radiation is a phenomenon that exists everywhere in nature. By acquiring the energy radiated from objects in nature,the characteristics, information, and even the internal structure ofthe object tobemeasured can be obtained.Because it is suitable for many harsh environments (such as rain, snow, smog, etc.), therefore,infrared detection technologyhasbeenwidelyusedin civilandmilitary fields,andisstilldeveloping. In recent years, amongvarious infrared sensors,themicrobolometer has developed most rapidly and has attracted the most attention. It has the characteristics of high cost performance,low power consumption,andwith nomechanical devices, andhasbecome the mainstream imaging device in the current infrared thermal imaging market. In the development process of the infrared detector, the correspond