近日,NIMS公司开发出了一款具有50nm左右波长分辨率的分光型红外线传感器。即使热辐射的波长分布为未知物体,也能够通过非接触进行真实温度测量。


日本研制出纳米级红外线传感器 能精准测量远距离未知物体


物质和材料研究机构(NIMS)于2019年8月26日,在波长分解物质的热辐射的同时,发表了能够集中检测飞来方向的多波长型(分光型)红外线传感器。


该传感器具有50nm的波长分辨率和±1°的定向性,即使对于热辐射的波长分布及其温度变化未知的物体,也可通过非接触测量真实温度,判别该物体的状态。


地上所有的物体都作为热辐射释放出电磁波。其波长分布根据构成物体的材料的种类和状态而不同。然而,现有的热成像和红外摄像机没有能力对电磁波进行波长区分,只能作为大范围波长的总和进行测量。


日本研制出纳米级红外线传感器 能精准测量远距离未知物体


电磁波的传播


因此,预先知道波长分布的人体等,需要相对正确的温度。另一方面,在不知热辐射波长分布的涂层材料、分布随温度变化的半导体材料等中,在温度测量时会产生较大的误差。


因此,研究小组开发了分别在1×1cm的硅芯片上搭载了响应不同波长的4个红外线元件的分光型红外线传感器。每一个元件都具有将特定波长的电磁波转换为热的表面结构,并且将产生的热转换为电信号。


具体来说,通过周期配置的极微小隆起结构的周期调节,可以调整吸收的波长,并且只吸收垂直入射的波长。此外,通过精确调整隆起结构的尺寸和高度,实现了高灵敏度、定向性、波长分辨率。


日本研制出纳米级红外线传感器 能精准测量远距离未知物体


在此次开发的传感器中,对于中红外波段(3.5——3.9μm)的4个波长,以50nm台的波长分辨率进行响应,为了使指向性也达到±1°,排列了4个元件。


应用本次成果,可以通过非接触,“观察”温度等状态及物体材质的信息,有望与真实温度测量、工厂生产线质量状态控制、住宅和办公室看护传感器,车载环境传感器等,具有高度认知能力的传感器系统的开发相联系。


关于红外线传感器


红外线传感器是利用红外线来进行数据处理的一种传感器,有灵敏度高等优点,红外线传感器可以控制驱动装置的运行。红外线传感器常用于无接触温度测量,气体成分分析和无损探伤,在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。例如,采用红外线传感器远距离测量人体表面温度的热像图,可以发现温度异常的部位。


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