紅外技術(shù)產(chǎn)品在民用市場(chǎng)的應(yīng)用與發(fā)展研究

江翔

（湖北久之洋紅外系統(tǒng)股份有限公司，湖北 武漢 430000）

1 引言

20世紀(jì)60年代，第一代紅外熱成像裝置在美國(guó)問世。隨后，在第一代紅外熱成像裝置的基礎(chǔ)上，瑞典研制出來了具有溫度檢測(cè)功能的紅外熱成像裝置，這為未來紅外技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)70年代，我國(guó)對(duì)紅外技術(shù)進(jìn)行研究，到了90年代初，我國(guó)在紅外技術(shù)上的研究已經(jīng)達(dá)到了較高的水平。紅外技術(shù)最初運(yùn)用在軍事領(lǐng)域，現(xiàn)在該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)是軍事領(lǐng)域中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。但隨著國(guó)家對(duì)紅外技術(shù)的更深入研究，紅外產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)達(dá)到了較高水平，成本極大的降低。如今，該技術(shù)已經(jīng)不只應(yīng)用于軍事上，在民用領(lǐng)域也得到了迅速發(fā)展。

2 紅外系統(tǒng)

紅外系統(tǒng)是指能夠接收和應(yīng)用紅外輻射信息的裝置。在紅外系統(tǒng)中，光學(xué)裝置通過收集紅外輻射（包括發(fā)射、反射、散射），然后進(jìn)行成像、分光、濾光，紅外探測(cè)器接收其分析處理過的紅外輻射，通過內(nèi)部電路轉(zhuǎn)換，再將接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，由于光學(xué)系統(tǒng)采集到的紅外輻射信號(hào)大部分都比較弱，這就導(dǎo)致紅外探測(cè)器輸出的信號(hào)一般都是弱信號(hào)。這就需要電子信號(hào)處理裝置發(fā)揮其作用，首先將紅外探測(cè)器輸出信號(hào)進(jìn)行放大、補(bǔ)償，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

圖1

3 紅外系統(tǒng)在民用市場(chǎng)的應(yīng)用

紅外系統(tǒng)在民用方面有著多方面的應(yīng)用，依據(jù)紅外技術(shù)所制造出來的紅外產(chǎn)品為生活提供了極大的便利。紅外系統(tǒng)按功能可分為：紅外熱像儀、紅外測(cè)溫儀、光普分析儀、紅外跟蹤系統(tǒng)、紅外測(cè)距系統(tǒng)等。其中，紅外熱像儀和紅外測(cè)溫儀等相關(guān)紅外產(chǎn)品在民用市場(chǎng)中占據(jù)著主要部分。

3.1 紅外熱像儀

紅外熱像儀是一種根據(jù)目標(biāo)對(duì)象所發(fā)射、散發(fā)出的紅外輻射，然后再將目標(biāo)對(duì)象的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后轉(zhuǎn)換成人眼可直觀觀測(cè)到的模擬或數(shù)字視頻圖像的高精尖產(chǎn)品。隨著國(guó)家對(duì)紅外技術(shù)投入大量的人力、物力，紅外探測(cè)器快速發(fā)展，與此同時(shí)，紅外探測(cè)器的封裝形式也日新月異，從以前高成本的金屬封裝，衍生到低成本的陶瓷封裝，這一突破，無疑帶動(dòng)了紅外探測(cè)器芯片研發(fā)成本降低、價(jià)格下降，使得紅外探測(cè)器不僅能在軍用領(lǐng)域得到使用，還可以在民用市場(chǎng)得到應(yīng)用和發(fā)展。

紅外探測(cè)器按工作溫度不同，可分為非制冷型、制冷型。而在市場(chǎng)中是以非制冷產(chǎn)品為主。非制冷紅外探測(cè)器主要采用多晶硅（P-Si）和氧化釩（VOX）材料，其中氧化釩（VOX）在市場(chǎng)中最為常用；而制冷紅外探測(cè)器的常用材料銻化銦（LNSB）、碲鎘汞(MCT)、量子阱 (OWIP)、二類晶格（T2SL）4種，其中碲鎘汞(MCT)在市場(chǎng)中較為常用。目前，市場(chǎng)中常用的有中波和長(zhǎng)波探測(cè)器，中波探測(cè)器的光譜范圍為3.7±0.2～4.8±0.2μm，長(zhǎng)波探測(cè)器的光譜范圍為7.7±0.2～9.3±0.4μm。

紅外熱成像技術(shù)在生活中的應(yīng)用使得很多事情得到了極大的便利，當(dāng)個(gè)人或團(tuán)體進(jìn)行戶外探險(xiǎn)、野外科考等活動(dòng)時(shí)，夜晚由于視野不夠、視線不足，很難對(duì)前方環(huán)境情況有一個(gè)準(zhǔn)確的觀測(cè)，紅外熱像儀能夠利用前方目標(biāo)所散發(fā)的紅外輻射，很清楚地顯示前方目標(biāo)，無論是對(duì)觀測(cè)夜晚建筑還是生物都有著很大的便利。

圖2

不僅如此，在民用市場(chǎng)中，工業(yè)監(jiān)測(cè)、電力監(jiān)測(cè)、安防監(jiān)控、輔助駕駛、個(gè)人消費(fèi)等都應(yīng)用到了紅外熱像儀。在民用領(lǐng)域，制作紅外產(chǎn)品的企業(yè)紛紛興起，紅外熱像儀行業(yè)在市場(chǎng)中已經(jīng)有了一席之地。其民用市場(chǎng)值保持著逐年上升的趨勢(shì)，其在民用領(lǐng)域的增長(zhǎng)幅度遠(yuǎn)大于軍用領(lǐng)域。紅外熱像儀在民用市場(chǎng)也呈現(xiàn)穩(wěn)發(fā)展、快增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

3.2 紅外測(cè)溫儀

紅外測(cè)溫儀是依據(jù)目標(biāo)物體所散發(fā)出的紅外輻射進(jìn)行溫度檢測(cè)，將實(shí)時(shí)溫度顯示在液晶顯示屏上。紅外測(cè)溫儀主要構(gòu)造包括紅外探測(cè)器和光學(xué)鏡頭。光學(xué)鏡頭首先吸收熱輻射，然后將熱量情況傳遞到光敏單元。紅外元件經(jīng)過變換得到電信號(hào)，依次經(jīng)過放大、補(bǔ)償電路的處理，最終轉(zhuǎn)換成紅外熱圖。

新型冠狀病毒感染的肺炎疫情爆發(fā)以來，體溫升高是“新型冠狀病毒（2019-nCoV）”帶來的顯著體征表現(xiàn)，因此體溫測(cè)量成為一種防控疫情的必要手段。但由于傳統(tǒng)測(cè)溫技術(shù)大多是以接觸式測(cè)溫為主，如玻璃水銀體溫計(jì)、醫(yī)用電子體溫計(jì)等，因此這樣的測(cè)溫方式存在二次感染的風(fēng)險(xiǎn)，雖然也有磁共振無創(chuàng)測(cè)溫儀、膽囊式溫度計(jì)等新型溫度計(jì)，但其準(zhǔn)確度不高，目前只在少數(shù)國(guó)家推出，我國(guó)開展此類項(xiàng)目較少。于是市場(chǎng)亟需一種測(cè)量精確度高、測(cè)量速度快且無需與人直接接觸就可實(shí)現(xiàn)中遠(yuǎn)距離測(cè)溫產(chǎn)品，這也是紅外測(cè)溫儀為什么能迅速在民用市場(chǎng)發(fā)展的原因。

紅外測(cè)溫儀在民用市場(chǎng)普遍是以手持式紅外體溫計(jì)和多功能體溫檢測(cè)儀為主。手持式體溫計(jì)需操作人員手持操作，測(cè)溫距離在10cm以內(nèi)為宜，將探頭對(duì)準(zhǔn)被測(cè)者額頭后進(jìn)行測(cè)溫，測(cè)量的溫度顯示為醫(yī)學(xué)溫度。因此手持式體溫計(jì)一般用于社區(qū)、超市等人流量相對(duì)較小的場(chǎng)所。多功能體溫檢測(cè)儀具備成像直觀、探測(cè)范圍廣等特點(diǎn)。操作人員只需在監(jiān)控平臺(tái)前即可觀測(cè)到10m距離內(nèi)是否有體溫異常的人員并進(jìn)行記錄。因此，紅外多功能測(cè)溫儀更適合火車站、機(jī)場(chǎng)、學(xué)校等人流量大的公共場(chǎng)所。

圖3

圖4

除此之外，在安保監(jiān)控領(lǐng)域，利用紅外測(cè)溫儀，對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控倉庫的一些貨物是否經(jīng)自然氧化作用放熱造成安全隱患，也有著莫大的幫助；在消防領(lǐng)域，利用溫度探測(cè)，對(duì)一些區(qū)域是否有火種風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，當(dāng)遇到火情時(shí)，對(duì)確定逃生路線也有著很大的幫助。由于國(guó)內(nèi)及國(guó)外市場(chǎng)供需情況短期難以達(dá)到飽和，紅外測(cè)溫儀行業(yè)市場(chǎng)需求旺盛。當(dāng)今正處于信息時(shí)代，“互聯(lián)網(wǎng)+”應(yīng)用為紅外測(cè)溫儀帶來新的發(fā)展空間。與此同時(shí)，傳統(tǒng)企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)激烈，企業(yè)通過提高服務(wù)質(zhì)量、服務(wù)包裝、產(chǎn)品質(zhì)量等方式提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)率，為紅外測(cè)溫儀行業(yè)提供了新的增長(zhǎng)空間。

4 紅外技術(shù)產(chǎn)品在民用市場(chǎng)的發(fā)展空間

近年來，紅外系統(tǒng)在民用領(lǐng)域得到極大發(fā)展，全球紅外行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模正穩(wěn)步增長(zhǎng)，其市場(chǎng)規(guī)模由2016年的119.9億美元增長(zhǎng)至2020年的151.9億美元，2016～2020年的年復(fù)合增長(zhǎng)率為6.1%。據(jù)了解，2021年全球紅外熱成像市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到162.0億美元。

隨著紅外技術(shù)的不斷突破，紅外探測(cè)器也朝著低成本、高分辨率、低功耗、高靈敏度，以及更加智能化的方向發(fā)展。受全球“新冠疫情”的影響，紅外測(cè)溫設(shè)備在世界范圍內(nèi)還處于未飽和狀態(tài)，在未來的市場(chǎng)中將占有很大一部分比例。在經(jīng)濟(jì)全球化的當(dāng)下，各行各業(yè)都需要用到紅外產(chǎn)品，如安防、醫(yī)療、建筑、交通等眾多領(lǐng)域。

5 結(jié)語

我國(guó)經(jīng)過多年的發(fā)展，紅外技術(shù)取得了很大的成就，隨著科技的發(fā)展，數(shù)字化城市、醫(yī)療輔助體系、城市公共安全等都需要用到紅外技術(shù)，而伴隨著未來紅外技術(shù)的突破，成本的降低、性能的提高會(huì)使其在民用市場(chǎng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。