【电子行业标准(SJ)】 4N红钱焦平面探测器杜瓦组件参数测试方法

中华人民共和国电子行业军用标准FL5855
SJ20831--2002
4N红外焦平面探测器杜瓦组件参数测试方法
Method for measurement and test of parameters of 4N infraredfocal planedetectordewarassembly2002-10-30发布
2003-03-01实施
中华人民共和国信息产业部批准中华人民共和国电子行业军用标准4N红外焦平面探测器杜瓦组件参数测试方法Method for measurement and test of parameters of 4N infraredfocal planedetectordewar assembly1范围
SJ20831-2002
1.1主题内容
本标准规定了4N红外焦平面探测器杜瓦组以下简称4N组件】的参数定义、测试方法和通用测试条件。
4N组件由4N红外焦平面探测器和柱死组成。4N红外焦平面探测器是带有4级时间延迟积分（TDI）电路的红外焦平面探测器。像元总数为4N个，电学通道总数病N个
1.2适用范围
4N组件测
本标准适用于
引用文件
本章无条文。
特性参数及相关量的定义
除另有规定外，下列定义均按过避定义本标准采用以
下定义
3.1黑体响应率brackbodyresponsivity黑体响应率是指探测器输山的电信多的基赖电压的均方根（开路）战基频电流的均方根（短路）与入射辐射功率的基频分量的均方根值之比。3.1.1通道响应率channefresponsivity在一定顿周期或行周期条伴下，在线性范围内，第1个通道内每单辐照功率产生的输出信号INEORMA
电压，符号为R，，单位为伏特瓦（V/W）3.1.2平均响应率averageresponsivity各有效通道响应率的平均值，符号为R，单位为伏特/瓦（V/W)。3.1.3响应率非均匀性responsivitynon-uniformity各有效通道响应率标准偏差与平均响应率的百分比，符号为。3.2失效通道defectivechannel
3.2.1死通道deadchannei
通道响应率小于平均响率1/A的通道，或大于平均响应率B倍的通道为死通道，死通道数记为d。本标准推荐A=B=4。
中华人民共和国信息产业部2002-10-30发布rKAoNiKAca
2003-03-01实施
3.2.2过热通道overhotchannel
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通道噪声电压大于平均噪声电压的C倍的通道为过热通道，过热通道数记为h。本标准推荐C=4。3.3失效通道率defectivechannelfactor失效通道数占通道总数的百分比，符号为Nae。3.4有效通道operablechannel
在通道总数中扣除失效通道后的通道为有效通道，有效通道数记为n。3.5噪声noise
探测器噪声是指探测器在无穷大负载时，扣除前置放大器的噪声后，探测器两端的噪声。3.5.1通道噪声电压channelnoisevoltage4N组件在黑体1辐照条件下，第i个通道输出信号电压涨落的均方根值，符号为VN，单位为伏特(v)。
3.5.2平均噪声电压averagenoisevoltage4N组件各有效通道噪声电压的平均值，符号为V，单位为伏特（V)。3.6黑体探测率blackbodydetectivity当单位辐照功率均匀辐射到单位面积的像元上，在单位带宽内获得的信噪比。3.6.1通道探测率channeldetectivity第1个通道响应率R，与通道噪声电压VNi之比，并折算到单位探测器噪声带宽与像元面积之积的平方根，符号为D，单位为厘米·赫12，瓦（cm·Hz\2，W\)）。3.6.2平均探测率averagedetectivity4N组件各有效通道探测率的平均值，符号为D。3.6.3探测率非均匀性detectivitynon-uniformity4N组件各有效通道探测率D标准偏差与平均探测率的百分比，符号为α3.7动态范围dynamicrange
4N组件第i个有效通道饱和输出电压与噪声输出电压之比，符号为DR，单位为分贝（dB）。3.8相对光谱响应relativespectralresponse4N组件在不同波长元，相同辐照能的单色光照射下第i个通道的光谱响应s,(a)与其最大值s(.)之比值，符号为Sr。
3.9光谱响应范围spectral responserange相对光谱响应为相对最大值50%处，所对应的波长为截止波长。分为前截止波长和后截止波长。前截止波长与后截止波长之间的波长范围为光谱响应范围。3.10串音crosstalk
由于本通道对相邻通道的串扰，使相邻通道引起信号V与本通道信号Vic的比值，称为该道对相邻通道的申音，符号为CT，单位为分贝（dB）。3.11组件热负载heatload
组件热负载包括静态热负载和电功耗。静态热负载是在组件未工作时，杜瓦装载面冷却到规定温度达到热平衡后，在规定的环境条件下，杜瓦的“无功冷量损耗”，符号为0，单位为毫瓦（mW）。电功耗是在组件正常工作条件下，由组件工作引起的杜瓦的冷量损耗，符号为9电：单位为毫瓦（mW)。4测试方法
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4.1响应率、响应率不均匀性、噪声、探测率和失效通道率等参数测试4.1.1原理概述
采用双面源黑体对4N组件进行测试，其中黑体1温度为T，（本标准推荐293K），黑体2温度为T2（本标准推荐308K）。分别采集通道对两面源黑体的响应电压，根据定义计算各参数。4.1.2测试方法
4.1.2.1测试装置
测试装置如图1所示，由双面源黑体、驱动电路和计算机组成。4.1.2.2测试条件
面源黑体发射率要求大于0.95；黑体源温度稳定性小于土IK，输出不加调制；黑体辐射面靠近4N组件窗口（本标准推荐距离约为10mm），保证面源均匀辐照，并充满探测器视场；
集卡的采集范围
4N组件的输出信号电压经放后不得超过AD采输出
黑体？
4.1.2.3直流电平及噪声测试
计算机
数据采集卡
璐动电路
感被测维件
图14N组件
数深据
前置电路
分别采集各通道在黑体1和照体2下的直流应电平，芬别连续采集F顿（本标准推荐F-2000）。T时，测得第i通道F顿流电平（n时，测得F顿直流电平V2:（表示第顺。黑体1
图2响应电压测试
4.1.3响应率等参数的计算
4.1.3.1通道黑体响应电压计算
黑体2
YiKAoNiKAca-
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在T.T2温度下各通道的直流输出电平平均值r11、T2,及黑体响应电压Vs,分别按公式（1)、（2)、(3）计算：
V2/=[V)]/F
Vs,=Vr2t-Vn
4.1.3.2通道响应率的计算
通道响应率R按公式（4）计算：R.
AIPFBB·FOV.A.
AI PFBs =
式中：NPFBB-
一面源黑体在T,和T时的辐照功率变化量，W·cm？.sr一面源黑体1的黑体辐射率；
E2——面源黑体2的黑体辐射率；g=5.67032×10-12(W·cm-2.K-4);FOV——4N组件的视场角（sr）：A——光敏元面积（cm）
4.1.3.3通道噪声计算
通道噪声V按公式（6）计算：
4.1.3.4通道探测率计算
通道探测率D按公式（7）计算：1
式中：Af探测器噪声带宽，单位为赫兹（Hz)：Tint此内容来自标准下载网
探测器积分时间，单位为秒（s）。4.1.3.5平均值计算
平均信号
平均信号，按公式（9）计算：
b.平均响应率
平均响应率R按公式（10）计算：4
平均探测率
平均探测率D按公式（11）计算
4.1.3.6非均匀性计算
信号的非均匀性
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信号的非均勾性按公式（12）计算：y
式中：Vsta
为响应电压的标准偏差
响应率的非均匀性
响应率的非均匀性按么式（14让第式中：Rt
一为响应率的标准偏差
c.探测率的非均与性
探测率的非均寸性。。
16）计算
按公式
S[D*,-Dp
式中：D*——为探测率的标准偏差4.1.3.7失效通道率计算
死通道
按公式（18）计算，对所有通道进行运算，求得所有通道平均响应率R：SR
符合下列不等式的通道为死通道，死通道数为d。LR<0或R-BR>0
过热通道
（本标准推荐A=B=4)
按公式（19）计算，扣除死通道后，求得其余通道平均噪声电压TKANiKAca-
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符合下列不等式的通道为过热通道，过热通道数为h。VM-CV'N>0
d，失效通道率
（本标准推荐C=4）
失效通道率N，按公式（20）计算：N.
有效通道
有效通道n按公式（21）计算：
n=N-(d+h
4.2相对光谱响应测试
4.2.1相对光谱测试装置
如图3所示，光谱测试装置由辐射源、单色仪、标准探测器、信号处理电路及计算机组成。单色仪
驱动电路
辐射源
一般采用硅碳棒作为辐射源。
b．单色仪
被测组件
前置电路
锁相放大器
新波器
步进电机
计算机
图3相对光谱测试框图
红外辐射源
步进驱动
单色仪的波长鼓由计算机通过步进电机的控制，实现波长的逐点扫描。c.标准探测器
为热电堆，其相对光谱响应S.(a)是已知的，数据存入计算机。d．计算机
步进电机的步进脉冲由计算机产生，并由计算机完成数据采集和输出功能。4.2.2测试方法
在4N组件正常工作条件，选定某一被测通道，然后运行测试程序。单色仪的波长鼓在计算机控制下，进行全波段扫描，数据采集系统同时测得各波长点下第1个被测通道的输出信号电压V()。其相对光谱响应为s, (a)。
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s(a)-[()
s,(a,)s, (a,v.(a)
一被测通道峰值波长处的相对响应值，即归一化基数；式中：s(a,)
各波长下被测通道的输出信号电压，V；y。(a)—-各波长下标准探测器的信号电压（已知)，V：S。(a)—标准探测器的相对光谱响应。(22)
4.3动态范围测试
采用图1所示测试装置，加电使被测组件正常工作，在偏置点不变的情况下，逐渐升高将黑体2的温度，使第i个有效通道饱和并采集黑体1和黑体2辐照下的信号电平，按公式（3）和公式（6）分别计算饱和输出电压Vsr和饱和噪声输出电压Var：并按公式（23）计算有效通道i的动态范围。OR
4.4串音测试
(23）
4.4.1串音测试装置
如图4所示，串音测武装置主要包括光源、光学聚焦部件、位移调整机构、驱动电路、信号检测电路和计算机采集控制部分。
激光器或黑体。
光学聚焦部件好
要求聚焦光斑小于被测灵敏元的几何尺寸，毛斑功率密度不至使被测灵敏元饱和e位移调整机构
至少需要三维调节，由计算机控制进电机驱动器，计算机采集控制部分
同4.2.1(d)。
驱动电路
光学聚焦部
被测组件
达到良好的聚焦和对中。
滤波器
位移调整机构
计算机采集控制部分
图4串音测试框图
4.4.2测试方法
将被测组件装夹在位移调整机构上，初步调整使被测组件位于光学系统的焦点，然后仔细调整位移机构，使光源光斑落在第1个被测通道中的某一灵敏元上，读取该通道的输出信号V，以及相邻通道的输出信号V.和V+，按下面的公式计算第i个通道对相邻通道-1和+1的串音值CT-、CTu。CT-,=201g
HIKAoNiKAca-
(24）
4.4.3要求
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a.光源的波长范围要与被测器件的响应波段相适应；b．光斑应小于被测灵敏元的几何尺寸；c.光斑功率密度不应使被测灵敏元饱和。4.5组件热负载测试
4.5.1电功耗测试装置
如图5所示，电功耗测试装置主要包括质量流量计、驱动电路和计算机采集。质量流量计
质量流量计的流量检测输出信号与流量成严格线性关系。b.计算机采集
同4.2.1（d)。
驱动电路
被测组件
4.5.2测试方法
4.5.2.1静态热负载测试
质量流量计
计算机采集
图5电功耗测试框图
在组件未工作情况下，将液氮灌入杜瓦，使其达到平衡后，用天平和计时器监测液氮的重童变化，在液氮蒸干前用规定的时间或规定液氮量的测试方法，测量液氮损耗的平均速率并按公式（26）计算其静态热负载。
式中：9m—为静态热负载，mW；Om=rVm×103.
量——为液氮蒸发潜热值196.7J/g：V—为液氮损耗平均速度g/s。
4.5.2.2电功耗测试
（26)
采用电功耗测试装置进行测试。连接被测组件与驱动电路，在杜瓦中灌入液氮使杜瓦冷头降至被测组件工作温度。然后用专用管路连接杜瓦和质量流量计，同时保证杜瓦中的液氮量多于杜瓦容量1/3。运行测试软件，在测试过程中，加电使被测组件正常工作。采集并记录被测组件正常工作过程中，液氮汽化后的流量S，按公式（27）计算杜瓦热耗和电功耗。式中：S#
Q电=Q.×S电…
一被测组件正常工作时，液氮汽化流量值，单位ml/min（SCCM)：Q
—计算因子，本标准推荐Q，=4.2。4.5.2.3要求
被测组件与质量流量计的连接应避免液氮的泄露，以保证测试结果的准确：测试时要保证杜瓦中初始液氮量至少是杜瓦容量的1/3；保证专用管路的清洁，以免损坏质量流量计。（27）
视场角的近似计算
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附录A
几个相关量的计算
（补充件）
视场角符号为FOV，单位为S。如图A1所示，4N组件的视场角按公式（AI）计算：ASD2
r2=h2 +
式中：AS冷屏孔面积，mm2；
D冷屏孔直径，mm；
-通道所张立体角半径，mm：
h通道到冷屏的垂直距离，mm。
冷屏孔平面
探测器平面
图A1视场角示意图
A2转换因子
转换因子G按公式（A3）计算：
式中：APEDET
AI PEBB·FOV
AIPDET·FOV
(eT: -)FOV
[w(a,,)-w(a,)].sa-s.(a).Fov
W(a,T)=
一为被测组件接收到的黑体辐射功率之和M-为测试步长（m）
W(a,T)—为面源黑体辐射功率密度(W.cm-.sr-1-um-ly
FniKAoNiKAca-
（A3)
附加说明：
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本标准由信息产业部电子第四研究所归口。本标准由信息产业部电子第十一研究所负责起草。本标准主要起草人：喻松林、赵玲、张剑薇。计划项目代号：B01021。
FTKAoNTKAca-
中华人民共和国
电子行业军用标准
4N红外焦平面探测器杜瓦组件参数测试方法
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中国电子技术标准化研究所
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2003年4月第一版
字数：24千字
2003年4月第一次印刷
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