徐迎春，刘 冲，阚劲松，王 酣

（中国电子技术标准化研究院，北京100176）

红外焦平面组件典型参数测量不确定度评定

徐迎春，刘 冲，阚劲松，王 酣

（中国电子技术标准化研究院，北京100176）

针对国内红外焦平面产业发展现状，选取典型红外焦平面组件测试系统测试典型红外焦平面组件，对其典型参数进行不确定度评定。通过建立数学模型，分析计算影响测量不确定度的各个分量，分析不确定度的各个分量的合成方式，最后给出扩展不确定度。

红外焦平面组件；数学模型；测量不确定度

在强烈的军事应用需求推动下，国内红外探测器在向大规模、高集成和高分辨率的红外焦平面阵列发展。在航天和航空领域，红外焦平面组件作为关键器件，有着重要的国家战略需求。在对大规模、大阵列的红外焦平面组件的测试中，红外焦平面参数测试系统需对组件输出进行大规模的数据采集和数学公式运算，并提供组件正常工作所需的各种偏置电压和时钟脉冲。这导致影响红外焦平面组件参数测试结果的影响量比较复杂。给红外焦平面组件测试参数测量不确定度的评定带来更大的挑战。

行业内红外焦平面组件参数测试主要依据GB/T 17444-2013《红外焦平面阵列参数测试方法》。标准中规定了响应率、响应率不均匀性、噪声电压、探测率、有效像元率、噪声等效功率、动态范围、相对光谱响应、读出速率、帧频、非线性度等17个红外焦平面组件测试参数的测试方法[1]，其中最具有代表性的关键参数为响应率。

本文选用法国HGH红外焦平面参数测试系统（型号：BIR210，串号：02）对国内典型红外焦平面组件320×256中波MWBF2的典型参数电压响应率进行多次测试，评定红外焦平面组件电压响应率参数测量不确定度。所选用的红外焦平面参数测试系统的主要技术指标详如表1所列。

表1 测试系统主要技术指标

1 数学模型的建立

1.1 响应率的计算公式

响应率的计算公式[1]：

本文所选的红外焦平面组件按公式[1]（2）计算得P=4.9×10-9W

式中：T、T0为黑体的温度；中波红外焦平面器件测试推荐为308K、293K，单位为开尔文（K）；VS（i，j）为像元的响应电压，计算公式见公式[1]（3）。

式中：

VDS[（i，j），T0，f]为黑体温度T0条件下第f次，第i行和第j列像元输出信号电压，单位为伏特（V）；

1.2 数学模型

数学模型为：

2 标准不确定度评定[2]

（1）由黑体温度分辨率所引入的不确定度分量uB11

用B类标准不确定度评定。根据BIRD210说明书中DCN1000H4黑体技术指标可知黑体温度分辨率为0.001℃，区间半宽为0.0005℃，即a=0.000 5℃，按均匀分布，则k=故其不确定度分量uB11=0.000 29℃，相对值为0.0014%（20℃）、0.0008%（35℃）.

（2）由黑体温度均匀性所引入的不确定度分量uB12

用B类标准不确定度评定。根据BIRD210说明书中DCN1000H4黑体技术指标可知黑体温度均匀性在50℃为小于0.3℃，根据实际测试要求，将其黑体温度均匀性扩大为0.3℃，区间半宽为0.15℃，即a=0.15℃，按均匀分布，则k=故其不确定度分量uB12=＝0.087℃，相对值为0.44%（20℃）、0.25%（35℃）.

（3）由黑体发射率所引入的不确定度分量uB13

用B类标准不确定度评定。根据BIRD210说明书中DCN1000H4黑体技术指标可知黑体发射率为0.98±0.02，实际测试中黑体发射率默认为1，将其黑体发射率扩大为±0.04，区间半宽为0.04，即a =0.04，按均匀分布，则k=故其不确定度分量uB13==0.023，相对值为2.3%.

由于以上各项标准不确定度分量独立互不相关，所以黑体辐射源引入的不确定

2.2 由AD数据采集器引入的不确定[2]uB2

（1）由AD数据采集器分辨率所引入的不确定度分量uB21

用B类标准不确定度评定。根据BIRD210说明书中ADC4 10技术指标可知AD数据采集器为14位，其分辨率为5/214，区间半宽为305.2μV，即a=153μV，按均匀分布，则k=故其不确定度分量uB21==88.4μV，相对值为0.004%.

（2）由AD数据采集器噪声所引入的不确定度分量uB22

用B类标准不确定度评定。根据BIRD210说明书中可知AD数据采集器噪声小于等于300μV，区间半宽为150μV，即a=150μV，按均匀分布，则k =故其不确定度分量uB22==86.6μV，相对值为0.004%.

2.3 由测量重复性引入的不确定度分量[2]uA

用A类标准不确定度评定。选一只较稳定且具有代表性的典型组件：320×256中波MWBF2红外焦平面组件（编号：200204）作为被测对象，在相同的温湿度条件下，由同一测试人员用HGH BIRD210型红外焦平面探测器综合测试系统（编号：02）连续独立测量10次，测量结果如表2所列。

表2 响应率参数重复测量结果

单次测量实验标准偏差[3]：

则相对值为0.45%，即uA=0.45%

自由度[3]ν1＝n-1=10-1=9

3 标准不确定度的合成

3.1 合成不确定度

根据上文主要标准不确定度汇总表如表3所列。

表3 标准不确定度汇总表

由表3可知uB2远远小于uB1和uA，因此uB2可忽略。

合成标准不确定度[3]为：

3.2 扩展不确定度

因不确定度分量中的主要分量视为正态分布，因此置信水平p=0.95时，取包含因子k=2，则扩展不确定度[3]U=k×uc=2.5×2=5%.

4 结束语

本文通过建立数学模型、评定标准不确定度、合成标准不确定度，详细阐述了红外焦平面组件典型测试参数响应率测量不确定度评定过程。测量不确定度的评定带有严重主观色彩，与人们对被测量、影响量以及测量过程的认识有关。本文所阐述的不确定评定过程，对红外焦平面组件测试参数测量不确定度评定具有一定的参考借鉴价值。

[1]GB/T 17444-2013.红外焦平面阵列参数测试方法[S].

[2]JJF 1059.1-2012.测量不确定度评定与表示[S].

[3]倪育才:实用测量不确定度评定[M].北京：中国质检出版社,2014.

MeasurementUncertainty Evaluation for Typical Parameters of Infrared FocalPlane Components

XU Ying-chun，LIU Chong，KAN Jin-song，WANG Han
（China Electronics Standardization Institute，Beijing 100176，China）

Based on the domestic development of infrared focal plane industry，the typical infrared focal plane components test system is selected to test the parameters of the typical infrared focal plane components.The uncertainty of its typical parameters is evaluated.First，the mathematical model is established.Next，the each component that affected the uncertainty of measurement is analyzed and calculated.Then，the synthesis of each componentof uncertainty is analyzed.Finally，the extended uncertainty is finally given.

i nfrared focal plane components；mathematicalmodel；measurement uncertainty

TP274

A

1672-545X（2017）04-0168-03

徐迎春（1986-），女，山东德州人，硕士研究生，工程师，长期从事红外焦平面组件参数的测试及其相关仪器的计量；刘冲（1979－），男，河北衡水人，硕士研究生，高级工程师，长期从事半导体技术的研究。