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论自制红外传感器的可能
smith
2019/04/22
电子技术
IP:香港

想研究一下红外热成像的原理，了解到目前主要有两种热成像的技术，一是氧化钒（VOx），二是多晶硅，这两种技术都是高科技，对大部分国家都禁运的军事技术。


所以说对于普通人来说，自制VOx类的传感器就别想了，多晶体硅也别想了，除非你有大型微电子材料实验室的仪器设备。


我转而把目光投入到另外一种材料，过去被响尾蛇导弹采用的硫化铅（PbS）上面。


按照网上的说法：

硫化铅是一种重要的窄禁带半导体材料，在室温时，其能带间隙约为0.4eV，波尔激子半径则为相对较大的18nm。硫化铅对于红外辐射很敏感，非常适合应用于红外探测；同时，硫化铅也在二极管激光器、太阳能电池等领域有广泛的应用。


实际上获取材料不是难事，色谱纯的硫化铅也可以买到，，但是问题的难度在于我们获得的硫化铅都是粉末材料，如何让它生长到玻璃基板上并连接电极呢。

这让我想起十年前的光敏电阻，那时的光敏电阻长似乎也是这种材料的，看上去不想是单晶纯的，而是用某种胶结合的，工艺比较简单

timg.jpeg

 如果找到合适的方法，能够自己制作光敏电阻，再制作四像限的探测器，最后扩展到CCD也不是没有可能呢。

当然国家没有继续使用PbS 做热成像，应该是PbS有自己的缺点，但不管如何，业余研究应该是个不错的方向



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电子信息/电子技术
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RodTech
7年7个月前IP:广东
857922
1楼

请先多做点背景调查，VOX和多晶硅对中国都不禁运。

am硅比如ulis的pico640 pico384，卖了好几年了，不需要任何手续就能进口。

VOX的tau2，也卖了好多年了。

国产的vox产品，比如艾睿的t3s，性能上已经遥遥领先ulis的多晶硅，也明显比flir的非制冷tau2好。


InSb和MCT由于配套设备的成本没有向民间普及，然而国产电科x所也抄得有模有样。

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smith作者
7年7个月前IP:香港
857924
2楼
引用RodTech发表于1楼的内容
请先多做点背景调查，VOX和多晶硅对中国都不禁运。am硅比如ulis的pico640 pico384，卖了好几年了，不需要任何手续就能进口。VOX的tau2，也卖了好多年了。国产的vox产品，比如艾睿...

小型的传感器阵列没有禁运，大型的也应该只是钱的问题。就像最近某军武圈子搞到了美国最新的热融合夜视仪一样。

但是这个不是本文讨论的重点，主要是想讨论一下有没有自制硫化铅红外传感器的可能。还有涉及到的工艺，这个就像自己

在家熬硝糖火箭一样，肯定比不过国家火箭但是一种追求。另外想请教以下为什么PbS系列的红外传感器没有像热成像发展了，

工艺难完成还是敏感的波段不同？

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RodTech
7年7个月前IP:广东
857927
3楼
引用smith发表于2楼的内容
小型的传感器阵列没有禁运，大型的也应该只是钱的问题。就像最近某军武圈子搞到了美国最新的热融合夜视仪一样。但是这个不是本文讨论的重点，主要是想讨论一下有没有自制硫化铅红外传感器的可能。还有涉及到的工艺，...

某20型热融合主要是夜视禁运，其他毫无技术含量。。。也不算最近搞到，三四年前就有了，他的热成像性能，还不如几千块钱的seek compact pro，那就是拿来辅助的，主要还是夜视。


pbs早就不研发了，现在是insb和mct的年代，因为pbs做不间距小的阵列，需要用扫描镜配合点/线阵，那是上世纪80年代的事情，同时NETD也不好。


diy的话 首先解决液氮或斯特林制冷机的问题。。。然后买个现行售价4700rmb的艾睿t3s感受一下还有没有diy的必要。。。

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smith作者
7年7个月前IP:香港
857928
4楼
引用RodTech发表于3楼的内容
某20型热融合主要是夜视禁运，其他毫无技术含量。。。也不算最近搞到，三四年前就有了，他的热成像性能，还不如几千块钱的seek compact pro，那就是拿来辅助的，主要还是夜视。pbs早就不研发了...

原来是这样，谢谢科普，搜了一下艾睿t3s，确实有点厉害的。

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奇侠
7年7个月前IP:浙江
857937
5楼

据我的经验，想自制热成像传感器基本上不可能。无尘间，真空度这两个就挺有挑战性的。更不用说光刻了

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zx-16533
7年7个月前IP:广东
857939
6楼

除非有办法做成阵列，不然不如直接买个这个

IMG_20190422_123040.jpg

 

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量子隧道
7年7个月前IP:广东
857940
7楼

改变一下思路，如果对动态实时更新要求不高的话，搞个二维振镜加一个红外线感应头，反向使用振镜，做扫描成像，化空间为时间。

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1
smith作者
7年7个月前IP:香港
857941
8楼
引用量子隧道发表于7楼的内容
改变一下思路，如果对动态实时更新要求不高的话，搞个二维振镜加一个红外线感应头，反向使用振镜，做扫描成像，化空间为时间。

按照楼上的说法以前确实有用扫描镜配合点/线阵的技术，另外我读书的时候隐隐约约好像也听说过CCD线阵，但没有见过实物甚至插图

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刺刀尖
7年7个月前IP:云南
857943
9楼

@RodTech艾睿的e3在玩狗圈认可度很高，不过都是高端人士配置

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qiuzheru
7年7个月前IP:安徽
857945
10楼

@RodTech 艾睿T3s通过什么渠道买能拿到4700的价呀？另外T3s与T3pro区别只有测温精度不同吗？

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RodTech
7年7个月前IP:广东
857947
11楼
引用刺刀尖发表于9楼的内容
@RodTech艾睿的e3在玩狗圈认可度很高，不过都是高端人士配置

e6+都算入门吧。。。。

插手机的t3s的性能非常满意，比thermApp噪点小不少

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RodTech
7年7个月前IP:广东
857948
12楼
引用qiuzheru发表于10楼的内容
@RodTech 艾睿T3s通过什么渠道买能拿到4700的价呀？另外T3s与T3pro区别只有测温精度不同吗？

国产玩具哪来的渠道，闲鱼上随便拍就是了，很多都是官方代理在挂的咸鱼。

区别网上有，可以查的到，pro对应就是flir的radiometric选件。

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虎哥
7年7个月前IP:四川
857949
13楼

一个像素也可以做热成像的，就是稍微有点麻烦，要机械扫描。响尾蛇导弹是用的编码盘，只能确认来光方向，不能成像。

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mfkiwl
7年7个月前IP:英国
857957
14楼

红外的DIY一个玩具应该不难，做高精度光一个制冷就费力了

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RodTech
7年7个月前IP:广东
857984
15楼

现在玩具已经可以达到惊人效果了

mmexport1556020028311.jpg

 

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xljxlj
7年7个月前IP:浙江
857987
16楼

不知是否可以用普通摄像头把红外截止镜片换成可见光截止镜片，然后加装一个激光测温模块，，通过算出摄像头拍摄到的激光温度传感器对应的像素点的亮度和温度传感器温度数据的比值推算出摄像头其他像素点亮度所对应的温度，然后转换成彩色的温度分布图片

貌似只要cmos在过滤了可见光后采集的亮度和温度成正比就可行，虽然精度不高，但是造价便宜，也可以通过加入更多的激光温度传感器来矫正温度，更加精确

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931867939
7年7个月前IP:江西
857988
17楼


@RodTech

图片中黄色圈圈是什么?

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评论(1)
zx-16533
7年7个月前IP:广东
858005
18楼
引用xljxlj发表于16楼的内容
不知是否可以用普通摄像头把红外截止镜片换成可见光截止镜片，然后加装一个激光测温模块，，通过算出摄像头拍摄到的激光温度传感器对应的像素点的亮度和温度传感器温度数据的比值推算出摄像头其他像素点亮度所对应的...

cmos能响应的红外和热成像的红外波长差了好远

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Sion
7年7个月前IP:湖南
858030
19楼
引用zx-16533发表于18楼的内容
cmos能响应的红外和热成像的红外波长差了好远

波长问题最后会变成温度问题。按cmos的特性，600度以上就能看到了（


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zx-16533
7年7个月前修改于 7年7个月前IP:广东
858031
20楼
引用Sion发表于19楼的内容
波长问题最后会变成温度问题。按cmos的特性，600度以上就能看到了（

IMG_20190425_000729.jpg

 不限温度那完全没必要拆滤光片嘛😂

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smith作者
7年7个月前IP:香港
858037
21楼
引用zx-16533发表于20楼的内容
[图片] 不限温度那完全没必要拆滤光片嘛😂

这张图如果用肉眼看是看不到发光的吗？

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Sion
7年7个月前IP:湖南
858038
22楼
引用zx-16533发表于20楼的内容
[图片] 不限温度那完全没必要拆滤光片嘛😂

“你的板子在发光”

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1
zx-16533
7年7个月前IP:广东
858048
23楼
引用smith发表于21楼的内容
这张图如果用肉眼看是看不到发光的吗？

显然能看到2333

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Robot_V1
7年7个月前IP:内蒙古
858055
24楼
引用zx-16533发表于20楼的内容
[图片] 不限温度那完全没必要拆滤光片嘛😂

换成合适直径的石墨棒效果更佳

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smith作者
7年7个月前IP:广东
858112
25楼

IMG_20190427_152525.jpg

 

IMG_20190427_152602.jpg

 

试了一下把铅片和硫磺放到铁坩埚里面加以强热，得到了一种海绵状的硫化铅，测试是可以导电的，但是估计掺杂太多，使用光和热源照射都电阻值没有明显的变化，不具备实用性，另外查到了老式硫化铅电阻似乎是通过真空烧结的方法，烧结出来的

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qwe
7年7个月前IP:广东
858114
26楼

借楼问一下为什么现有的大多数热成像设备反而不支持高温，按说高温比低温更好测量才对。是由于传感器响应波段较窄吗？@RodTech

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smith作者
7年7个月前IP:香港
858137
27楼

查到一篇关于湿法制作硫化铅薄膜的论文，合成环境还不算太苛刻，测试结果也是对红外敏感的

attachment icon 20100917032600909.pdf 378.85KB PDF 2160次下载 预览

 

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RodTech
7年7个月前IP:英国
858141
28楼
引用qwe发表于26楼的内容
借楼问一下为什么现有的大多数热成像设备反而不支持高温，按说高温比低温更好测量才对。是由于传感器响应波段较窄吗？@RodTech

红热的高温要3-5um的热成像才能测准，在10um那发射率太乱而且区别不明显了要加滤镜才能勉强用，再高温可见光测的更准..

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1
154454496
7年7个月前IP:内蒙古
858146
29楼

@RodTech 所以是不是可以把普通摄像头的图片经过适当处理之后变成一幅热成像图?现在有没有相关软件?实现难度大吗?

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虎哥
7年7个月前IP:四川
858151
30楼
引用154454496发表于29楼的内容
@RodTech 所以是不是可以把普通摄像头的图片经过适当处理之后变成一幅热成像图?现在有没有相关软件?实现难度大吗?

这个“所以”是怎么想出来的😂

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smith作者
7年4个月前IP:香港
861199
31楼
引用RodTech发表于15楼的内容
现在玩具已经可以达到惊人效果了[图片] 

查看这张图片的信息是1,920px × 2,076px， T3s的探测器是384 * 288的，如何拍出这么大一张图的，是类是全景的拍摄技术吗。另外现在热成像图像优化主要有些什么算法呢

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RodTech
7年4个月前IP:英国
861203
32楼
引用smith发表于31楼的内容
查看这张图片的信息是1,920px × 2,076px， T3s的探测器是384 * 288的，如何拍出这么大一张图的，是类是全景的拍摄技术吗。另外现在热成像图像优化主要有些什么算法呢

我从来就没说过这是t3s拍的。。。那种玩具我没有兴趣。。


图像算法一大堆论文，flir官方也有介绍，应该先查一查。。。早年传感器不行，算法不激进，现在传感器噪声低了，各种算法都出来了。主要的问题是直方图太分散，很多独立的尖峰。

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smith作者
6年8个月前IP:广东
875038
33楼

火狐截图_2020-03-14T10-13-12.951Z.png


话说这段时间红外传感器价格直涨啊，翻了五六倍了，以前30元买的一个成了理财产品了。


人体热释电传感器的价格还没变，话说有没有办法通过外置ADC电路把人体热释电传感器改造拿来测温的。。。如果可以，估计能赚一笔了

火狐截图_2020-03-14T10-17-33.044Z.png


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俗世怂人
6年8个月前IP:浙江
875048
34楼
引用smith发表于33楼的内容
[图片]话说这段时间红外传感器价格直涨啊，翻了五六倍了，以前30元买的一个成了理财产品了。人体热释电传感器的价格还没变，话说有没有办法通过外置ADC电路把人体热释电传感器改造拿来测温的。。。如果可以，...

连热释电都有人屯，，，都预定跳楼预定疯了

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1
全桥整流
6年8个月前IP:广东
875051
35楼

没办法，这阵子测温仪需求量大。

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1
smith作者
6年8个月前IP:香港
875226
36楼

草，真给我猜对了，传感器确实可以用PIR，有的传感器就是在PIR上面做的

20200217211413276.png


常用的传感器列表

品牌型号封装
MelexisMLX90614TO-39
MLX90615TO-46
MLX90640TO39
MLX90632DFN3*3
MLX90641TO-39
海曼HMS K1C1 F5.5TO-46
HMS J11 F5.5TO-46
众智orisystechOTP-N537F2TO-5
OTP-N538UTO-46
OTP-868D2 L3.0TO-46
OTP678D4TO-46
OTP-667F4PTO-5
OTP-638D2TO-46
OTP-336TO-5
Excelitas(埃尔默)TPiD 1T 0122BTO-46
TPIS1S1051SMT
TPIS1T1256TO-39
Amphenol SensorsZTP-015TO-41
ZTP-115TO-5
ZTP-135TO-46
ZTP–148SRTO-46
SEMITEC（石冢）10TP583TTO-18
烨映STP9CF55TO-46
STP9CF55HTO-46
STP9CF59TO-5
STP9CF59HTO-5
美思先瑞MTP10-B7F55TO-46
MTP10-B1F55TO-46
NiceraTS-S2NAB-2RTO-18
TS-S2NMB-2RTTO-18
炜盛科技MRT-311TO-46
MRT115TO-46
MRT116TO-46
MRT-117TO-46
森霸ISB-TS45HTO-46
上海新微TSD14TO-46
San-UMT-TO46TO-46
TE ConnectivityTS418-1N426/G-TPCO-035TO-18
AGMAGM2401TO-46
KODENSHISTP46-01TO-46
Bestow mascotBM43THA80CTO-46
BM43THA-T2TO-46
BM43TND80AA-T2-TGTO-46


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Sion
6年8个月前IP:河南
875237
37楼
引用smith发表于36楼的内容
草，真给我猜对了，传感器确实可以用PIR，有的传感器就是在PIR上面做的[图片]常用的传感器列表品牌型号封装MelexisMLX90614TO-39MLX90615TO-46MLX90640TO39M...

PIR是passive Ir的缩写，好像并不特指热释电

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smith作者
6年8个月前IP:广东
876056
38楼

@Sion

没关系，只要有代码对我是很大的参考了，我重新做的板子，电源换了XL6009，为了减少贴片的麻烦，直接用现有的

STM32模块和FPGA开发板，刷了你发的第二版的固件可以切换色彩模式了，我还引出了UART和全部14bit接口，附件是嘉立创格式的PCB工程文件。

Project_FPGA_THERMAL_20200322145328.zip

不过发现用第二版的固件37帧的帧率下画面有撕裂感，不清楚是不是LCD的问题


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smith作者
6年8个月前修改于 6年8个月前IP:广东
876058
39楼

@Sion

重新做的板子，PCB回来才发现LCD方向反了，只好用大量杜邦线连接了

c8fcc3cec3fdfc034ea30cc0c33f8794a5c226eb.jpg.gif



IMG_20200322_144802.jpg

可以插入这种FPGA板子取代STM32采集

TB2u88Wlt0opuFjSZFxXXaDNVXa_!!655248.png


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dddggg412
6年8个月前IP:湖南
876080
40楼
引用smith发表于39楼的内容
@Sion重新做的板子，PCB回来才发现LCD方向反了，只好用大量杜邦线连接了[图片][图片]可以插入这种FPGA板子取代STM32采集[图片]

这是用的什么传感器

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kc-86565
6年7个月前IP:安徽
877908
41楼

这种传感器很多啊，自己做似乎不大现实，对工艺要求较高，即使用现成的传感器做，还需要黑体校准才能测得准。国产也有，大多是模拟探测器，没有MLX用着方便。据说214所的也要批量上市了

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永恒的澪
6年7个月前IP:辽宁
878070
42楼
引用虎哥发表于13楼的内容
一个像素也可以做热成像的，就是稍微有点麻烦，要机械扫描。响尾蛇导弹是用的编码盘，只能确认来光方向，不能成像。

响尾蛇是不是没有红外特征识别嘞（响尾蛇带有末段雷达），我记得毒刺是有红外特征识别和敌我识别

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smith作者
6年7个月前IP:香港
878112
43楼
引用永恒的澪发表于42楼的内容
响尾蛇是不是没有红外特征识别嘞（响尾蛇带有末段雷达），我记得毒刺是有红外特征识别和敌我识别

响尾蛇导弹之所以称为响尾蛇，和响尾蛇这种动物靠红外感应捕猎是有关的

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永恒的澪
6年7个月前IP:辽宁
878123
44楼
引用smith发表于43楼的内容
响尾蛇导弹之所以称为响尾蛇，和响尾蛇这种动物靠红外感应捕猎是有关的

。。。这个我知道，我的意思是，响尾蛇和毒刺都有红外制导，毒刺有目标红外特征识别，以便于进行不同目标的分辨，不知道为什么响尾蛇没有，如果响尾蛇只是十字划分进行制导，那么将不具备目标选择性，必须保证目标在视野界内，否则将会导致目标丢失无法重新锁定

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warmonkey
6年7个月前IP:广东
878165
45楼
引用永恒的澪发表于44楼的内容
。。。这个我知道，我的意思是，响尾蛇和毒刺都有红外制导，毒刺有目标红外特征识别，以便于进行不同目标的分辨，不知道为什么响尾蛇没有，如果响尾蛇只是十字划分进行制导，那么将不具备目标选择性，必须保证目标在...

这些都带有目标识别的，简单的十字划分做不了制导。


以前用的是调制盘，对输入的红外信号进行斩波。小于线宽的物体调制为一串脉冲，远大于线宽的物体输出接近直流。

通过调制盘旋转的角度，可以判定目标相对载体的方位角和俯仰角。


现代的直接用图像识别算法。

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2
golem
6年4个月前IP:吉林
883838
46楼

应该是RTD311，艾睿光电的探测器

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我也是有底线的