红外探测技术及红外探测器发展现状

红外探测技术及红外探测器发展现状

中国安防行业网????2014/7/25 14:10:00????关键字：红外,探测技术,发展现状??????浏览量：6731

一、技术现状

红外探测技术目前主要分为近红外、中红外和远红外三种研究领域。

其中，中红外探测技术由于中红外线的高强度和高穿透性，应用最为广泛，研究也最为成熟，甚至可以分析物质的分子组成；

远红外的主要优点就是其穿透性，可用于探测、加热等，应用也比较广泛。

只有近红外，由于其强度小，穿透力一般，故长期以来没有引起重视，只是近些年来才成为研究热点，因为用近红外技术可以做某些成分的定量检测，最关键的是还不必破坏试样。

（一）技术优势

红外技术有四大优点：环境适应性好，在夜间和恶劣天候下的工作能力优于可见光；隐蔽性好，不易被干扰；由于是靠目标和背景之间、目标各部分的温度和发射率差形成的红外辐射差进行探测，因而识别伪装目标的能力优于可见光；红外系统的体积小，重量轻，功耗低。

（二）制约因素

目标的光谱特性；探测系统的性能；目标和探测口之间的环境和距离——这三大因素是红外技术发展过程中需要解决的主要问题。例如：为充分利用大气窗口，探测器光谱响应从短波红外扩展到长波红外，实现了对室温目标的探测；探测器从单元发展到多元，从多元发展到焦平面，上了两大台阶，相应的系统实现了从点源探测到目标热成象的飞跃；系统从单波段向多波段发展；发展了种类繁多的探测器，为系统应用提供了充分的选择余地。

（三）国内领先技术

红外探测器芯片一直受制于西方政府和供应商。为打破国外技术垄断，2012年4月，高德红外用2.4亿元超募资金实施“红外焦平面探测器产业化项目”。2014年2月25日，高德红外公告，公司“基于非晶硅的非制冷红外探测器”项目成果已获湖北省科技厅鉴定通过，下一阶段将开展试生产及批产工作。

据介绍，在高德红外芯片生产线上，国际主流的非晶硅和氧化钒两种工艺线路可以同时运行。正因如此，高德红外也成为国际上少有的、国内唯一同时具备2条工艺线路的红外探测器芯片生产企业。

二、产品现状

按照探测原理的划分，目前市场上的红外探测器产品主要分为两大类：

（一）热探测器

热探测器吸收红外辐射后，温度升高，可以使探测材料产生温差电动势、电阻率变化，自发极化强度变化，或者气体体积与压强变化等，测量这些物理性能的变化就可以测定被吸收的红外辐射能量或功率。分别利用上述不同性能可制成多种热探测器：

⑴液态的水银温度计及气动的高莱池（Golaycell）：利用了材料的热胀冷缩效应。

⑵热电偶和热电堆：利用了温度梯度可使不同材料间产生温差电动势的温差电效应。

⑶石英共振器非制冷红外成像列阵：利用共振频率对温度敏感的原理来实现红外探测。

⑷测辐射热计：利用材料的电阻或介电常数的热敏效应—辐射引起温升改变材料电阻—用以探测热辐射。因半导体电阻有高的温度系数而应用最多，测温辐射热计常称“热敏电阻”。另外，由于高温超导材料出现，利用转变温度附近电阻陡变的超导探测器引起重视。如果室温超导成为现实，将是21世纪最引人注目的一类探测器；

⑸热释电探测器：有些晶体，如硫酸三甘酞、铌酸锶钡等，当受到红外辐射照射温度升高时，引起自发极化强度变化，结果在垂直于自发极化方向的晶体两个外表面之间产生微小电压，由此能测量红外辐射的功率。

（二）光子探测器

光子探测器吸收光子后，本身发生电子状态的改变，从而引起内光电效应和外光电效应等光子效应，从光子效应的大小可以测定被吸收的光子数。

⑴光电导探测器：又称光敏电阻。半导体吸收能量足够大的光子后，体内一些载流子从束缚态转变为自由态，从而使半导体电导率增大，这种现象称为光电导效应。利用光电导效应制成的光电导探测器分为多晶薄膜型和单晶型两种。

⑵光伏探测器：主要利用p-n结的光生伏特效应。能量大于禁带宽度的红外光子在结区及其附近激发电子空穴对。存在的结电场使空穴进入p区，电子进入n区，两部分出现电位差，外电路就有电压或电流信号。与光电导探测器比较，光伏探测器背景限探测率大40%，不需要外加偏置电场和负载电阻，不消耗功率，有高的阻抗。

⑶光发射-Schottky势垒探测器：金属和半导体接触，形成Schottky势垒，红外光子透过Si层被PtSi吸收，使电子获得能量跃迁至费米能级，留下空穴越过势垒进入Si衬底，PtSi层的电子被收集，完成红外探测。

⑷量子阱探测器（QWIP）：将两种半导体材料用人工方法薄层交替生长形成超晶格，在其界面有能带突变，使得电子和空穴被限制在低势能阱内，从而能量量子化形成量子阱。利用量子阱中能级电子跃迁原理可以做红外探测器。因入射辐射中只有垂直于超晶格生长面的电极化矢量起作用，光子利用率低；量子阱中基态电子浓度受掺杂限制，量子效率不高；响应光谱区窄；低温要求苛刻。

三、企业现状

（一）国内品牌

目前国内从事红外技术产品研制、生产和经营的单位约有400余家，从事红外材料、器件和系统的主要研制单位有：中电11所、兵器211所、8358所、中科院上海技术物理所、205所、航空612所、613所、船舶717所等。大立科技、武汉高德和广州飒特等已成为国内红外民品产业的主力军。初具规模的约有30余家。

由于各种原因，国营单位在民用市场的份额约为5%，大立科技、武汉高德和广州飒特三家的市场占有率已在60%以上。中国红外产业用10年的时间从国外行业领先的FLIR、FLUKE 等厂商抢回了超过50%的市场份额，初步实现了进口替代的产业目标。

目前国产红外产品性能已经基本接近进口产品，但由于品牌影响力等原因，价格只是进口产品的一半。红外产品的核心部件主要靠进口，核心技术受制于人。国内企业的竞争力主要体现在总体技术、光学系统、后续电路、图像处理软件等方面。当然、人才、管理、市场也是竞争力的一部分。

以下列举一些代表企业以供参考：

大立科技：于1984年成立的浙江省测试技术研究所改制而成的股份制高新技术企业，公司股票于2008年2月18日在深圳证券交易所挂牌上市（股票代码002214），是红外和安防系统国内A股首家上市公司。公司专业从事非制冷焦平面探测器、红外热像仪、红外热成像系统的研发、生产和销售。经过多年稳健的发展，从研究所成长为具有较强自主研发和技术创新能力且经营业绩稳定增长的上市公司。目前，我公司是国内规模最大、综合实力最强的红外热像产品生产厂商之一。

2013年，公司实现营业收入26,145.13万元，较上年同期减少3.95%；营业成本12,102.41万元，较上年同期减少10.80%；期间费用11,976.14万元，较上年同期增长12.22%。2013年度，实现净利润3,387.07万元，较上年同期增长1.01%。

武汉高德：公司位于“武汉中国光谷”，是规模化专业从事红外热成像系统研发、生产、销售的高新技术企业。自成立以来，公司立足自主创新，积极开展红外光学、成像电路、图像处理、人工智能、机械结构及系统工程等方面的设计与研究，开发出数十款拥有完全知识产权的红外热像系统及高科技光电系统，各项技术居国内领先、国际先进水平。公司已顺利通过了ISO9001质量管理体系、GJB9001A质量管理体系等资质。并拥有“GuideIR”,“MobIR”等驰名海外的注册商标。目前公司有三十多项国内、国际专利。我们的产品广泛应用于电力、石化、冶金、建筑、消防、科研、公安、交通夜视及军工等领域，现已在全球70多个国家和地区拥有经销商，并在比利时成立了欧洲分公司。2010年7月16日，公司作为红外热像行业领军企业成功登陆中国A股市场（股票代码002414）。高德红外股票的公开发行和成功上市，是公司发展的新起点。公司将以上市为契机，继续坚持以“发展民族红外事业”为己任，努力擎起民族科技之大旗，续写明天更加辉煌的篇章。公司主要探测产品为非制冷焦平面探测器系列。

广州飒特:公司是一家总部设在中国广州、专注于红外热像仪产品的研制、生产和销售的高新技术企业。企业以在全球大面积普及、推广红外热成像应用技术为己任，使“飒特红外”成为960万平方公里土地上无处不见的安防卫士，成为驰名海外享誉世界的国际品牌。“飒特红外”拥有业内领先的自主核心技术与持续研发能力，提供入门迷你型、普通工具型、工业维护型、高端研究型、消防救援型、矿用防爆型、安全侦察型、夜驾辅助型、医疗诊断型、智能监控型等十大系列超过60种热像仪产品，年产量超过一万台。产品涉及电力、消防、石化、冶金、煤矿、建筑、医疗、电子、安防、监控等领域。

上海安盾电子有限公司：公司1999年创立，是国内周界安防产品较早的专业供应商之一，十几年来，公司在市场上成功推广了许多优质安防品牌和产品，如获得2008年度A&S 十大民族品牌殊荣的ANDON、连续多年获得A&S品牌榜防盗报警类第一名的日本ALEPH防盗报警产品。