红外技术的发展

红外技术的发展先于红外探测器的发展。自20世纪60年代中期以来,红外探测器和系统的发展反映了红外技术的现状和发展方向。

1.1 ~ 14微米范围内的探测器从单元发展到多元,从多元发展到焦平面阵列。红外探测器最初是一个单元探测器。为了提高灵敏度和分辨率,后来又发展成多元线探测器。多元线探测器连续扫描(串行扫描)同一目标时,其输出信噪比比单元探测器高n倍,其中n为单元数。如果多元素线探测器并行扫描(扫描)目标,则可以获得目标辐射的一维分布。基于线探测器的红外探测系统大多安装在飞机或卫星遥感平台上。当平台向前运动垂直于线阵作为第二维时,可以得到目标辐射的分布图像。现在,红外探测器已经从多元发展到焦平面阵列,相应的系统实现了从点探测到目标热成像的飞跃。红外热像仪是最有前途的设备之一,代表了夜视设备的发展方向。它采用焦平面阵列代替光学扫描结构。目前长波碲镉汞探测器面阵已达640×480元,焦平面阵列探测器实验室水平已达256×256元,预计到2000年将达到百万元。

2.红外探测器的工作波段从近红外扩展到远红外。早期的红外探测器通常工作在近红外波段。随着红外技术的发展,红外探测器的工作波段已经扩展到了中红外和远红外波段。例如,美国国防高级研究计划局提出了一项高光谱地雷探测计划,以提供一种安全有效的方法来探测地雷。该计划使用空间调制成像傅里叶变换光谱仪,这是一种红外传感器。它已经在直升机上的近中波段进行了测试,下一步是将工作波段扩展到远红外。远红外已成为科学家们关注的焦点。

3.轻量化和小型化。非制冷、集成和大阵列红外探测器的发展。低温制冷技术用于提高红外探测器的灵敏度和输出信号的信噪比,使其具有良好的性能,但也使红外探测器体积庞大,成本高。为了实现小型化,需要减少制冷设备和相关电源。因此,高效的小型冰箱和无需制冷的红外探测器将是未来的发展方向。如果采用非制冷红外焦平面阵列技术,不仅系统成本可以降低两个数量级,而且体积、重量和功耗也可以大大降低。此外,利用材料、计算机和微电子方面的最新技术,红外探测器可以与具有一定数据处理能力的数据处理设备相结合,使其向光集成、大阵列和焦平面化方向发展,从而提高其性能,实现对室温目标的探测。

4.红外探测系统已经从单波段发展到多波段。如上所述,在大气环境中,目标的红外辐射只能在1 ~ 3、3 ~ 5、8 ~ 13微米三个大气窗口内有效透射。如果一个红外探测系统能够获得两个或两个以上波段的目标信息,那么该系统就可以更加准确可靠地获得更多的目标信息,提高目标的探测效果,降低预警系统的虚警概率,提高系统的搜索和跟踪性能,满足更多的应用需求,更好地满足各军兵种的需求。目前,多波段红外探测系统已经研制成功。例如,法国和瑞典联合研制的Bonnasse末敏弹使用多波段红外探测系统来探测目标。红外热像仪产业是一个发展前景非常广阔的高新技术产业,也是红外应用产品中市场份额最大的,在军用和民用领域都有广泛的应用。现代战争条件下,红外热像仪已广泛应用于卫星、导弹和飞机等军事武器中。同时,随着非制冷红外热成像技术生产成本的大幅降低,该产品的应用已经扩展到电力、消防、工业、医疗、安防等国民经济的各个行业。过去国内市场一直被FLIR、FLUKE等国外知名公司占据。然而,最近10年,这一领域发生了可喜的变化。国内红外热像仪企业产品技术、性能、质量不断提升,市场份额逐步扩大。涌现出达利科技、昆明北方红外、武汉高德、赛特红外等知名企业。经过几年的发展,他们已经积累了相当的技术实力。

目前国产产品性能接近进口产品,但进口产品价格比国产产品高50%以上。随着红外热像仪在消防、电力、建筑等行业的拓展,国际民用红外热像仪行业迎来了市场需求的快速增长期。2004年全球民用红外热像仪及系统产量约为5万台。2006年,仅FILR公司就获得了宝马为其新7系轿车配备的红外热感摄像机订单,并获得了美国政府35万台的出口许可申请。2006年全球民用红外热像仪销售额为654.38+0.63亿美元,同比增长654.38+0.07.35 %。

据美国知名高科技产业咨询公司Maxtech International预测,未来五年全球民用红外热像仪市场需求年增长率将达到15%,到2012年,全球民用红外热像仪市场需求将达到3812亿美元。由于国内经济的快速发展,中国红外热像仪市场年均增长率可达20%,预计2011年中国民用红外热像仪市场需求将达到9.95亿元。以美国为例。2000年,美国红外成像和红外测温系统的市场总销售额为654.38+0.82亿美元,与654.38+0.999相比增长了3%。预计到2008年,市场总销售额将达到28.2亿美元,年综合增长率为6.5%。

“中国的红外热像仪市场还处于起步阶段,未来发展空间巨大。”中国光学学会常务理事兼秘书长倪国强先生在中国光电产业高层论坛上表示:在发达国家的军事领域,红外热像仪已经得到广泛部署。比如海湾战争,每个美军士兵都配备了1.7红外热像仪。与发达国家相比,目前中红外热像仪在我军的应用相对较少,其市场前景需求相当巨大。随着高性能多色红外焦平面和片上智能图像处理技术的发展,预计这一比例将继续上升。随着北京奥运会、上海世博会、广州亚运会等国内大型活动的增多,对安全的要求也越来越严格,需要24小时不间断监控的场所越来越多。红外监控在夜间的应用更为突出,不仅在金库、油库、军械库、图书馆、文物部门、监狱等重要部门,在一般的监控系统中也有广泛应用,甚至在居民区监控工程中也使用了红外摄像机。带动了红外相机市场持续升温。2006年的一份调查报告显示,与红外热像仪相比,红外相机的技术门槛并不高。目前国内市场大部分被国产品牌占据,外资品牌只占据了一部分高端市场。从红外摄像机在中国的分布来看,深圳数量最多,占总数的64%,与东莞、浙江形成中国三大产业基地。

我国红外相机企业主要以生产和贸易为主,能够自主创新的很少。未来,提高自主研发能力将是主要发展方向。只有这样,我们才能在全球范围内扩张,赚取更高的利润。红外通信的传统应用主要是在家用电器和汽车防盗遥控器上。由于调制技术和相关收发技术的飞速发展,红外传输的应用也有了质的飞跃。1993国际红外协会在美国成立,积极整合和制定红外传输标准,极大地促进了红外产品的发展。

2000年,已有6543.8+0.7亿台装有国际红外协会模块的电子产品进入市场,尤其是电子游戏机市场。2001在信息收发模块方面,由于国际红外协会的模块价格已经从早期的5美元降到2美元,国际厂商纷纷在亚太地区一些劳动力相对低廉的地方寻求加工地,预计年产值在1亿美元以上。当时,一些集成电路设计公司、系统和应用软件制造商已经积极投入到应用产品的研究和生产中,目前已经形成了一定的规模。

个人笔记本、PDA、数码相机等产品的普及促进了红外传输的发展。国际红外协会1994推出了1.0版本的红外数据交换标准,传输速度为115.2 kbps。目前最高传输速度已经达到4Mbps以上。2006年,红外无线技术拥有庞大的用户群。当时,红外数据通信技术(IRDA)每年安装1.5亿台设备,并保持每年40%的高速增长。在最近发布的无线短距离通信技术市场研究报告中,网船咨询公司认为,强劲的增长数字反映了全球制造商对红外通信的乐观态度。红外通信技术已经得到了全球众多软硬件厂商的支持和采用,主流软硬件平台都为其提供了支持。在手机市场,各大主流厂商已经在产品中支持红外通信技术。从目前的情况来看,在各类无线通信技术中,无论是应用覆盖面、技术成熟度还是用户接受度,红外技术都处于领先地位。

在遥控器市场,市场研究机构Instat公司预测,2005年,IrDA领域使用的8位控制器全球单位出货量将达到2.06亿台,2009年将达到3.73亿台。据介绍,自Zilog 1993进入遥控器市场以来,产品销量超过2.75亿。2004年,该公司交付了约4000万个IrDA相关芯片。目前公司IrDA芯片解决方案型号已经超过1.2万,服务的遥控器品牌已经超过1.3万。客户包括飞利浦、三星、索尼、雅马哈、东芝和微软。目前全球通用红外遥控器市场占据70%和80%的市场份额,尤其是在欧美。红外光谱仪主要用于化学和物理分析领域,可用于各种理化实验室、石油、农业、检测等领域。按应用范围可分为通用红外光谱仪和专用红外光谱仪,按波长范围可分为近红外光谱仪和远红外光谱仪。目前以近红外光谱仪为主。现代近红外光谱分析技术包括近红外光谱仪、化学计量学软件和应用模型。只有三者完美结合,才能满足高性能的要求。目前,专用近红外光谱仪器的开发和应用已经引起了国内许多专家的关注,开发了一批适合国内分析对象的仪器和应用软件。例如,中国石油科学院的一批青年学者在卢万振院士的带领下,开发了具有我国自主知识产权的专用近红外光谱仪和一些软件,用于其在我国石油科学中的应用;由北京农业大学严教授领衔的“中国农业近红外分析技术网络系统”项目已经完成,并开发出具有自主知识产权、适用于我国农产品品质分析的软件。向炳仁教授在中国药科大学分析计算中心建立了互联网近红外光谱分析虚拟建模中心,进行了近红外光谱分析的建模和数学模型维护,建立了部分中药材近红外分析的数学模型。

2006年初,SFDA通过招标订购了300多台进口傅里叶变换近红外光谱仪。当时财政部连同后续维护费共拨款5亿元。如果能国产,可以省下不少外汇。目前中国的相关企业有巨光、应县、朴正苏、东西电子、浦西通用等。,主要做低端产品,高端产品跟国外没法比。

国产通用红外光谱仪FT-IR主要是由北芬瑞利分析仪器公司引进美国Analect公司的技术生产的,但数量很少。在专用红外光谱仪方面,一些近红外光谱专用红外光谱仪在国内具有较大的潜在市场,主要应用于农业中的农产品质量分析,石油化工中的石油产品生产过程中的质量控制和产品质量分析。但由于近红外分析需要根据分析对象引入一些数学模型,分析对象不同,其数学模型也不同。所以国外专用近红外光谱仪带来的分析软件(根据国外分析对象的数学模型设计的)并不一定适合国内的分析对象,导致近几年引进的一些专用近红外光谱仪在国内并没有起到太大的作用,而且国外专用近红外光谱仪价格偏高,进口专用近红外光谱仪不多。在远程温度监控方面,红外温度传感器以其优异的性能满足了许多要求。在产品加工行业,尤其是远程温度监控的场合,温度传感器都是可以大显身手的地方。在食品行业,红外测温可以记录食物温度,不会被污染,所以很受欢迎。光纤红外传感器还具有抗电磁和射频干扰的特点,为便携式红外传感器在汽车行业的应用开辟了新的市场。

随着红外测温技术的广泛应用,一种新的红外技术——智能数字红外传感技术正在悄然兴起。这种智能传感器内置微处理器,可以实现传感器与控制单元的双向通信,具有小型化、数字通信、维护简单等优点。目前,各种传感器用户已经升级了他们的控制系统,对智能红外传感器的需求将继续增长。预计短期内市场不会达到饱和。

此外,随着便携式红外传感器的体积越来越小,价格也在逐渐降低,在食品、采暖空调、汽车等领域也有了新的应用。例如,它被用于食物烘烤器和吹风机。红外传感器检测温度是否过热,使系统决定是否进行下一步操作,如停止加热,自动从烤箱中取出食物,或冷却吹风机。随着更多用户对便携式红外温度传感器的了解,其潜在用户也在增加。

由于红外温度传感器在远程温度控制和非接触式温度测量方面的优势,其产量每年以10%的速度增长。从1996到1997,其产量从15.5万增长到23万。总销售额也从2.3亿美元增加到3亿美元。2006年市场销售总额将达到5.576亿美元,总产量将超过48.9万辆。

对于红外传感器的全球市场,第三世界国家会比欧美更看好。欧美很多工业国家虽然有广泛的加工业,但市场趋于饱和;在中国和拉美一些新兴国家和地区,随着经济的恢复和发展,各个国家和地区加快了工业化进程,加工厂的数量不断增加。该地区红外传感器的销量每年增长2% ~ 5%,市场销量仍处于增长趋势。

[影响力]

产生红外辐射的物体是红外辐射源。物理学的研究告诉我们,在自然界中,任何温度高于绝对零度(0 K或-273℃)的物体都会辐射出各种波长的红外线。物体的温度越高,它辐射的红外线强度就越大。根据各种目标和背景辐射特性的差异,可以利用红外技术对目标进行昼夜探测、跟踪和识别,获取目标信息。在现代战争中,获取战场信息的优势成为掌握战争主动权的关键。红外技术是从空中和空间获取战场信息的关键技术之一。因此,许多国家都投入了大量的人力物力来研究红外技术,并在军事领域得到了广泛的应用,产生了很大的影响。1.它已成为侦察、监视、预警和跟踪军事目标的重要手段。所有的军事目标,如海洋中的船只,地面部队的行动和各种设备,空中的飞机和导弹,都会发出热量和大量的红外辐射。利用红外技术和设备,可以从空中和空间侦察、监视和跟踪这些目标。例如,侦察卫星依靠红外成像设备和多谱仪,可以日夜获取大量军事信息。自20世纪70年代以来,装有红外探测器的导弹预警卫星一直在监测世界各地的弹道导弹发射,为国家和军事指挥部门提供警告。比如美国现行国防支援计划中的预警卫星,可以在几十秒内识别来袭导弹的发射和方向。据称,未来美国的天基红外系统可以在20秒内提供导弹发射和方向的准确信息,为拦截来袭导弹提供宝贵的预警时间。再比如1991的海湾战争中,美国导弹预警卫星对伊拉克所有导弹发射进行了全景监控,然后及时将相关信息传递给美军的爱国者导弹部队,使爱国者导弹有效拦截了伊拉克飞毛腿导弹。