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。

洛阳市康联电子有限公司：公司成立于1996年,前身为深圳市圣威尔电子有限公司。

信威拥有优秀的团队组织、强大的销售网络以及完善的服务体系,是集研发、生产、销售、贸易于一体的优秀企业群体，信威立足于世界技术最前沿,长期致力于传感器的研发,并与国内外优秀企业合作,不断成功推出高科技产品,是国内传感器和安防产品的领先者主动和被动红外探测器是其主流产品之一。

成都亚光电子股份有限公司：公司是由原国营亚光电工总厂（电子部第970厂）改制成立。

970厂建成投产于1965年，是中国最早的半导体器件专业生产企业之一。

公司集科、工、贸于一体，是由多个工厂、技术开发研究所、分公司、子公司、联营企业和中外合资（控股）公司组成的大型综合电子企业。

几十年来，公司承接并圆满完成了数百项国家重点工程的配套任务，获得各类科技成果奖和优质产品奖130多项，为我国信息产业、国防建设各个领域的军事电子装备和民用电子整机以及海内外客户提供了各类优质产品和广泛的服务。

报警控制器是其主要产品之一。

广州天网安防科技有限公司：是以自主知识产权为依托，集研发、生产、销售为一体的高新技术企业；公司依托多项发明专利，开发出红外线幕栏、红外线幕墙、具有方向识别功能红外线幕墙三大系列六十余种产品；其中远距离红外线幕墙和具有方向识别功能红外线幕墙达到国际先进水平。

深圳市豪恩安全科技有限公司：公司成立于1995年，为中安消全资子公司，是一家专业的安防设备供应商和方案提供商，集研发、制造、销售为一体的国家级高新技术企业。

在产品方面，豪恩防盗报警类涵盖防盗报警控制器、被动红外探测器、环境探测器、周界防范产品、燃气泄露报警器、报警周边配件等。

深圳市汇沣电子有限公司:始创于1989年，公司不断进取，竭力打造高品质的、具有多项自主知识产权的防盗报警系列产品。

作为防盗报警产品的先驱者，带动了行业的发展，并萌发出一批又一批汇沣技术的跟随者。

在探测器方面，产品囊括双元红外探测器、四元红外探测器、双元红外防宠物探测器、双元红外幕帘探测器、双元红外方向性幕帘探测器、双鉴（双元红外加微波加微处理器）探测器、双鉴防宠物探测器、双鉴防遮挡探测器、无线红外系列探测器、振动感应探测器、防强电入侵探测器等。

深圳市美安科技有限公司：是一家专门从事安防产品和汽车用品的生产厂家，在美国和香港拥有自己的研发基地，是一家拥有完全自主开发能力和生产能力的知名企业。

“f”是美安公司在美国注册的全球性品牌，品牌下产品主要有主动周边红外对射、栅栏，被动红外探头，无线、有线、总线防盗报警主机，多种探测技术的综合应用，先进人工智能处理，已
经形成了20种系列300余种产品，应用在小区、工厂、家庭、军事等诸多领域，坚实雄厚的研发技术，持续的推出创新产品，正在使企业不断的上升新的台阶，为客户提供更多更新颖的安防产品。

除此以外，深圳市东方安科技有限公司、深圳市宏盛高科电子有限公司、北京卓川电子科技有限公司、广州欧治电子有限公司、深圳市爱德宝科技有限公司、深圳瑞达科技有限公司、中科嘉华（北京）科技有限公司、浙江奥力星电子有限公司、广州智慧安防电子科技有限公司、上海市兆度电子有限公司、深圳市拓成科技有限公司、广州市艾礼富电子科技有限公司、南京物联传感技术有限公司（广州）、深圳市科博安电子有限公司、深圳市赛诺安防技术有限公司、浙江立特电子科技有限公司、深圳市贝特科技有限公司、北京昊科视讯科技发展有限公司、深圳市夜狼安防高新技术有限公司、深圳市思迈奥电子有限公司、东莞市乐普电子技术有限公司、北京金博林科技有限公司、广州市智慧（慧锐安）安防科技有限公司、深圳市泰安电子有限公司、广州市荔湾区奥林电子厂深圳市赛诺安防技术有限公司、广州绎芯智能科技有限公司、东莞智能安防科技有限公司、东莞智能安防科技有限公司、广州远警安防设备有限公司、浙江海神科技有限公司、浙江奥力星电子有限公司、北京奥智强电子科技有限公司、深圳市安特瑞智能科技有限公司、深圳市赛诺安防技术有限公司、深圳市凯尔文电子有限公司、深圳市科博安电子有限公司、深圳市睿源科技有限公司、北京昊科视讯科技发展有限公司、深圳市爱德宝科技有限公司、深圳市领航卫士安全技术有限公司、深圳市黑猫卫士电子有限公司等也是比较知名的生产厂家。

（二）国外品牌
国外品牌一直在中国的防盗报警市场占据着很大的份额，早期的美国安定保、C&K、日本艾礼富、以色列EL等，近几年进入中国市场的加拿大枫叶、德国博世、美国GE等，这些厂商无论是在资金和技术上，都具备很强的优势，对国内厂商的发展形成巨大的竞争压力；国内防盗报警产品厂商发展时间比较短，真正取得长足发展也是在2000年以后，特别是在2004年国内有些厂商迅速成长，投资规模和企业规模都在迅速发展和扩大。

但是与国外厂商相比还有很大差距。

现阶段，大部分工程商安装防盗报警产品时倾向于国外品牌，其中，安装的国外产品主要来自美国、日本和韩国，这三个国家的产品占据我国报警市场的近80%的市场份额。

这主要是因为，在产品供给市场上，绝大部分国外品牌来自美国和日韩，防盗报警产品在这些国家的发展已经非常成熟，产品功能稳定、性能完善，再加上进入我国是时间较早，所以在我国市场上占有相当大的份额。

HoneywellSecurity（霍尼韦尔安防）：隶属于霍尼韦尔自动化控制系统（ACS），是著名的跨国集团——霍尼韦尔集团的直属公司，前身美国ADEMCO（安定宝集团）。

霍尼韦尔于2001年收购美国安定宝集团，2004年开始品牌整合，将旗下有关安防的子公司进行合并，合并后的霍尼韦尔安防事业部旗下所有防盗报警、闭路监控和门禁控制产品（除西屋门禁外）统一使用霍尼韦尔这一品牌。

合并前的品牌包括：ADEMCO、Intellisense(C&K)、OMNI、Optex、FBII、PULNIX、SilentWiteness、SystemSensor、ADEMCOCCTV、Javelin、VCL、HoneywellCCTV、NorthernComputers、Nexwatch等。

以色列E.L.公司:由于历史原因，以色列在国防及安防工业技术领域一直是世界上最先进的国家之一，具有先进、稳定及较佳的性价比。

以色列E.L.公司就是该国安防行业生产
厂家中的佼佼者，是全球一流的安防系统生产厂家。

EL公司进入中国市场以来，一直结合中国实际进行产品研发，其产品特点为不求大而全，而是追求在重点发展的市场需求上推出世界一流的产品，发展拳头产品；在报警探测器产品上，不但性能稳定可靠，而且针对不同应用推出不同种类的探测器；在报警主机的发展上紧跟科技发展，推出多种有线、无线产品及有线、GSM无线多种通讯方式，既提高安全防护等级，也为安防领域和其他应用领域的结合提供多种可能性。

日本艾礼富：是世界上最大的磁簧管、磁簧继电器和传感器制造商之一。

91年进军中国安防市场后，在中国安防舞台上的表现一直是可圈可点的：96年成功地推出ABT系列主动红外对射探测器，经过多年的努力，如今已发展成为以深圳为中心，以北京、上海为支撑点，销售网络遍及全国的大型集团化公司。

成为极具实力的安防产品生产供应商。

SAPLING&ALEPH是艾礼富在中国安防市场成功塑造的知名品牌，产品已通过3C和CE认证并在中国通过了公安部MA检测，于2003年4月成功地通过了ISO9001质量体系认证，拥有完全的自主知识产权。

以色列慑力：集团创始于1992年，致力于高科技、高品质、人性化产品的研发制造，为全球众多著名品牌提供了坚实技术后盾。

集团全球雇员2000余人，拥有美国、以色列、加拿大三大研发中心，近百项顶尖电子科技专利，世界级产业链规模制造，多元化精英团队全球运作。

FLIR：1978FLIRSystems公司在美国俄勒冈州波特兰市成立，是全球红外热成像仪设计、制造及销售领域的领导者。

作为创新成像系统制造领域的领军企业，其产品范围涉及红外热像仪、航空摄像机和机械检测系统等。

FLIR产品已在全球60余个国家内的工商业及政府领域中发挥了重要作用。

四、市场现状
2012年，红外探测器市场的总营收超过1.53亿美元，主要归功于成熟的运动检测市场，如高销量的自动照明和入侵检测系统。

若加上用于移动设备中的现场测温仪，到2018年，该市场营收预计将达到3.81亿美元，复合年增长率高达16%，主要是受到以下两个方面的驱动：
小型探测器，特别是用于消费移动设备的探测器。

短期来看，由于智能手机和平板电脑的内部温度测量和现场测温都采用了像素传感器，将会驱动红外探测器市场在这一领域的增长。

技术创新将是成功对抗市场上其他技术的关键，要成功抢占受到价格和更小尺寸传感器驱动的市场，晶圆级封装是有必要的。

移动设备采用红外传感器将促使该市场营收在2018年增长3000万美元。

阵列探测器，即尺寸范围从中型(4x4至16x16像素)到大型(32x32像素及以上)的探测器，该部分市场预计在2013年到2018年期间的复合增长率将高达30%。

中型尺寸的阵列探测器已经开始成功应用于建筑和汽车行业的HVAC中、超市人流量检测以及家用电器等领域，并且随着价格的下降，中型尺寸的阵列探测器的应用将会越来越广泛。

大尺寸的阵列探测器的目标市场是智能建筑自动化，该领域需要用到大量的探测功能并且可以承担较高的价格。

当然，所有的这些目标市场都将因探测器价格下降而受到大力推动。

五、应用现状
随着红外探测技术的飞速发展，红外探测器在军事、民用等诸多领域都有着日益广泛的应用。

对红外探测技术发展起到关键推动作用的就是它在军事方面的应用。

（一）军事领域
红外探测器具有环境适应性好、隐蔽性好、抗干扰能力强等特点。

能透过烟、雾、阴影区、树丛等探测重要的军事目标，而且工作时间不受夜间及其它恶劣气候的限制。

世界上最早进行红外探测技术研究的国家是美国，早在第二次世界大战时美国就开始了对红外探测技术的研究。

我国曾在上世纪50年代多次利用红外寻的导弹成功地击落非法入侵我国的侦察机。

世界上首台实时显示的红外热成像系统于1964年问世，这一热成像系统主要用于军事应用，进行的实用性考核强有力地证明了在军事侦察和观瞄的应用上，红外探测技术发挥了极其有效的作用。

上世纪70年代的初期，美国首次提出了通用化、组件化、模块化的红外热成像的技术构思，该计划于1976年完成实现。

从此以后便进行了规模性的生产，开始在陆、海、空三军进行装备。

世界上其他军事强国也相继于80年代完成了红外探测技术发展规划。

红外探测技术逐渐成为了军事装备中不可缺少的重要组成部分。

我国的热成像通用组件计划是在上世纪90年代完成的，主要应用于海、陆、空三军。

I类组件采用多元的HgCdTe 探测器，II类组件采用Sprite的HgCdTe探测器。

总之，由于红外探测器可以识别伪装目标，而且体积比较小、重量轻、功耗低等特点，在军事上广泛应用于搜索跟踪、火力控制、侦察和预警、反红外制导等方面。

在军事需求的牵引和相关技术发展的推动下，红外技术已从过去的战术地位发展到今天的战略地位，具体表现在：红外技术是国家安全依赖的主要探测技术手段。

弹道导弹和远程巡航导弹的早期预警。

跟踪。

识别和拦截对国家战略目标的安全至关重要；红外技术在未来军事技术中的战略地位是由其使用的广泛性和重要性决定的。

今后，红外技术还将运用于迅速发展的光电对抗。

光通信。

定向能武器等方面；红外技术是未来高技术局部战争使用的主要技术之一。

现已清楚，获得战场上的单向透明性，即获得战场信息优势，是获得战争主动权的关键因素之一，为达到此目的，红外系统现已是发达国家的陆。

海。

空。

天各类武器系统中不可缺少的。

甚至是主要的传感器。

（二）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。

1.气象方面
我国于1997年在西昌卫星中心发射过的“风云二号”地球静止轨道气象卫星，在它上面装有数据收集转发器、云图广播和红外扫描辐射仪等，而红外扫描辐射仪的核心器件就是红外探测器焦平面器件，通过它就可以摄制大气温度垂直分布、水汽分布、气象云图及地球背阴面的云图等，而且这一焦平面探测器能够观测到我国及大约1亿平方公里的邻国的水汽、风场、温度、云图等气象信息，对及时地进行天气预报及灾害预报发挥着非常重要作用。

2.工业方面。