红外与微光技术

红外与微光技术

1. 红外技术的简介

红外技术是研究红外辐射的产生、传播、转化、测量及其应用的技术科学。通常人们将其划分为近、点击此处添加图片说明中、远红外三部分。近红外指波长为0.75〜3.0微米；中红外指波长为3.0〜20微米；远红外则指波长为20〜1000微米。在光谱学中，波段的划分方法尚不统一，也有人将0.75〜3.0微米、3.0〜40 微米和40〜1000 微米作为近红外、中红外和远红外波段。另外，由于大气对红外辐射的吸收，只留下三个重要的"窗口"区，即1〜3 微米、3〜5微米和8〜13 微米可让红外辐射通过，因而在军事应用上，又分别将这三个波段称为近红外、中红外和远红外。

红外应用产品种类繁多，应用广泛。红外线自1800 年被发现以来，人们对她的研究从来没有停止过，目前已经开发出了众多的应用产品，从医疗、检测、航空到军事等领域，几乎处处都能看到红外的身影。本文选择了红外热像、红外通讯、红外光谱仪、红外传感器等几个比较大的产品领域做介绍。红外技术的发展前景十分的广阔，在军用和民用领域都有着极其广阔的应用。按应用领域可分为：安防领域、消防领域、电力领域、企业制程控制领域、医疗领域、建筑领域、遥感领域等。

2. 红外技术的基本原理

红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波，具有与无线电波及可见光一样的本质，波长在770纳米至1 毫米之间，在光谱上位于红色光外侧。红外线可分为：近红外线(700~2000nm)、中红外线(3000~5000nm)、远红外线 (8000~14000nr)所有高于绝对零度(-273.15 C)的物质都可以产生红外线。

现代物理学称之为热射线。

红外线穿透云雾能力比可见光强，利用红外线可以观测低空水蒸气含量进行天气预报；晴天可利用红外线观测大气CQ•含量，估计温室效应，亦可观测大气污染的情况。

红外线具有很强热效应，并易于被物体吸收，通常被作为热源。俗称红外光。 生物

体中的偶极子和自由电荷在电磁场的作用下，有按电磁场方向排列的趋势。 在此过程

中，引发分子、原子无规则运动加剧而产生热，当红外辐射有足够强度 时即超过了生物体的散热能力，就会使被照射机体局部温度升高， 这就是红外线 的热效应。

红外热效应是设计和制作热敏型红外探测器的物理基础 。在生活中，利用

红外热效应的有红外线高温杀菌、红外线治疗等。

红外线检测物体表面温度分布的变化如图 1：

图i 红外线检测物体表面温度分布的变化

从图中可知，热流注入是均匀的，因此对无缺陷的物体，正面和背面的温度 场分布

基本上是均匀的。

如果物体内部存在缺陷，在缺陷处温度分布将发生变化，对于隔热性的缺陷, 正面

检测时，缺陷处因热量堆积呈“热点”，背面检测时缺陷处则是低温点；而 对于导热性的缺陷，正面检测时，缺陷处的温度是低温点，背面检测到缺陷处的 温度是“热点”

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可见，采用红外检测技术，可以形象的检测出材料表层与浅层缺陷和范围

3. 红外技术的典型应用

3.1 军用领域红外技术可用于对远、中、近程军事目标的监视、告警、预警与跟踪；红外成像的精确制导；武器平台的驾驶、导航；探测隐身武器系统；光电对抗等。在美、英、法、德、日、以色列等发达国家的军队中，红外热像仪已配置在陆、空、海军等各个军种中，例如海湾战争中平均每个美国士兵配备1.7 具红外热像仪。

与发达国家相比，目前我国军队中红外热像仪的应用相对较少，其市场需求量相当巨大。

3.2 民用领域

红外测温、红外成像已在工业、交通、电力、石化、农业、医学、遥感、安全监控与防范和科学研究等民用领域广泛应用，成为自动控制、在线监测、非接触测量、设备故障诊断、资源勘查、遥感测量、环境污染监测分析、人体医学影像检查等重要方法。

系统级产品种类和量产规模的不断扩大导致了红外器件成本的降低，这个发展趋势不但促进了这项技术在民用领域能够不断地探寻更多的应用用途，同时又拉动了这项技术本身所牵引的基础行业的发展。

民用领域的红外热像仪市场极有可能呈现出爆发性增长，未来全球民用潜在需求市场高达上千亿美元。

3.3 安防领域

从2006 年至今，全球视频监控市场年增长速度达到70%左右，预计到2010 年，全球视频监控市场规模将达到近60 亿美元。中国视频监控市场，2006年规模达18 亿元，预计2010年将达到近70亿元。

随着商业和民用安防监控实际需求的不断增长、部署监控系统性价比的不断提升，以及“国家应急体系” 、“平安建设”、“科技强警”等重大工程项目在全国不断推进，我国视频监控市场将持续升温，并不断创造出更多的市场需求和机会。北京奥运会、上海世博会、广州亚运会等国内大型活动的举办和世界社会安全形势的多变，对各种危险性的预防也提出了越来越高的要求，具有全天时准全天候的红外监视显得更加突出。

非制冷红外探测器的出现和市场价格的可接收性，红外报警已从近红外主动照射成像报警、点源红外探测报警快速向红外凝视焦平面成像发展。

红外成像、红外/ 可见光融合的智能视频监控报警系统将获得快速发展，并将广泛运用到海边防、银行、机场、油库、军械库、图书文献库、文物部门、监狱等重要部门，以及交通、工业、仓储、港口码头、物联网和森林防火等行业市场。

到2009 年，全国约有300 万个监控摄像头用于城市监控与报警系统。未来按三十分之一配置红外热像仪，市场规模即达10 万只，平均每台按5 万元计算（目前售价约为10 万元），市场需求总量达到50 亿元。红外安防已经开始成为安防领域的又一热门产业！

3.4 消防领域

消防领域是世界上发达国家红外热像仪最大的民用市场。据统计，目前全球有大约500 万消防人员，如果每辆消防车辆配备一台热像仪，市场总量将达到20 万台。

据我国公安部消防局装备处的统计资料，目前我国消防车保有量约为2.3 万辆，按照公安部、国家发展和改革委员会、建设部修订的《城市消防站建设标准》要求，到2009年，每个消防站的消防车配置将由3.2 辆增加到5 辆，全国消防车总量因此将达到近3.6 万辆。

我国消防车中配备红外热像仪的还很少，如果每台消防车配备一台红外热像仪，平均每台按10 万元计算（目前售价约为15 万元），全球消防领域的市场需求总量达到200 亿元，我国将达到36 亿元。

电力领域作为最成熟、最有效的电力在线检测手段，红外热像仪可以大大提高供电设备运行的可靠性，大大降低了设备的检修时间。

虽然电力行业是目前我国民用红外热像仪应用最多的行业，但仅限于广东、浙江、江苏、山东等沿海经济发达地区，而且目前这些发达地区的拥有量也仅为需求量的20%。

据统计，我国电力行业红外热像仪的总需求量约为2.5 万台，以平均每台售价6 万元（目前售价约为10 万元）计算，市场需求总额约为15 亿元。

3.5 企业制程控制领域

目前，我国制造业共有约130 多万家企业，这些制造业如果利用红外热像仪做制程