红外技术应用及发展前景

红外技术应用及发展前景 目录 TOC \o "1-3" \h \z \u 一、摘要…………....................................................................................................................2 二、红外技术的起源与发展 3 三、红外技术的应用 4 1、红外热像仪 4 2、红外光谱仪 4 3、红外传感器 5 四、红外技术的发展前景 5 1．红外技术的发展及主要应用领域 5 2．红外技术产业的主要领域方向 6 五、对红外技术课堂的及建议 7 摘要 红外技术的英文名称是：Infrared Technique。红外技术的内容包含四个主要部分，红外辐射的性质，红外元件、部件的研制、把各种红外元、部件构成系统的光学、电子学和精密机械、红外技术在军事上和国民经济中的应用。 红外技术发展的先导是红外探测器的发展。60年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展，促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式，推动红外技术向更先进的方向发展。 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。 最后，提出对这门课程的意见及建议。我认为每节课都应有具体的任务，明确的目的和要求，每节课都给学生留有思考的空间。课堂教学的形式是多样的，教学形式是实现教学目的一种手段，是为课堂教学服务的。 关键字： 红外辐射 外探测器 红外线 红外技术应用及发展前景 红外技术的英文名称是：Infrared Technique。红外技术的内容包含四个主要部分： 　　1.红外辐射的性质，其中有受热物体所发射的辐射在光谱、强度和方向的分布；辐射在媒质中的传播特性--反射、折射、衍射和散射；热电效应和光电效应等。 　　2.红外元件、部件的研制，包括辐射源、微型制冷器、红外窗口材料和滤光电等。 3.把各种红外元、部件构成系统的光学、电子学和精密机械。 　　4.红外技术在军事上和国民经济中的应用。由此可见，红外技术的研究涉及的范围相当广泛，既有目标的红外辐射特性，背景特性，又有红外元、部件及系统；既有材料问题，又有应用问题。 一、红外技术的起源与发展 红外技术发展的先导是红外探测器的发展。1800年，F·W·赫歇尔发现红外辐射时使用的是水银温度计，这是最原始的热敏型红外探测器。 1830年以后，相继研制出温差电偶的热敏探测器、测辐射热计等。在1940年以前，研制成的红外探测器主要是热敏型探测器。 19世纪，科学家们使用热敏型红外探测器，认识了红外辐射的特性及其规律，证明了红外线与可见光具有相同的物理性质，遵守相同的规律。它们都是电磁波之一，具有波动性，其传播速度都是光速、波长是它们的特征参数并可以测量。 20世纪初开始，测量了大量的有机物质和无机物质的吸收、发射和反射光谱，证明了红外技术在物质分析中的价值。 30年代，首次出现红外光谱代，以后，它发展成在物质分析中不可缺少的仪器。 40年代初，光电型红外探测器问世，以硫化铅红外探测器为代表的这类探测器，其性能优良、结构牢靠。 50年代，半导体物理学的迅速发展，使光电型红外探测器得到新的推动。 到60年初期，对于1～3、3～5和8～13微米三个重要的大气窗口都有了性能优良的红外探测器。在同一时期内，固体物理、光学、电子学、精密机械和微型致冷器等方面的发展，使红外技术在军、民两用方面都得到了广泛的应用。 60年代中叶起，红外探测器和系统的发展体现了红外技术的现状及发展方向。 在红外技术的发展中，需要特别指出的是：60年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展，很多重要的激光器件都在红外波段，其相干性便于移用电子技术中的外差接收技术，使雷达和通信都可以在红外波段实现，并可获得更高的分辨率和更大的信息容量。在此之前，红外技术仅仅能探测非相干红外辐射，外差接收技术用于红外探测，使探测性能比功率探测高好几个数量级。另外，由于这类应用的需要，促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式，推动红外技术向更先进的方向发展。 二、红外技术的应用 红外应用产品种类繁多，本文选择红外热像、红外通讯、红外光谱仪、红外传感器等几个比较大的领域做介绍。 1、红外热像仪 　　红外热像仪行业是一个发展前景非常广阔的新兴高科技产业，也是红外应用产品中市场份额最大的一块，在军民两个领域都有广泛的应用。红外热像仪在现代战争条件下的卫星、导弹、飞机等军事武器上获得了广泛的应用。同时，随着非制冷红外热成像技术的生产成本大幅度降低，该产品的应用已延伸到了电力、消防、工业、医疗、安防等国民经济各个部门。 　　据美国著名高科技行业咨询公司Maxtech International的预测，未来5年全球民用红外热像仪市场需求年均增长率将达到15%，到2012年，全球民用红外热像仪的市场需求将达到38.12亿美元。由于国内经济高速发展，中国红外热像仪市场的年均增长率可以达到20%，预计2011年中国民用红外热像仪市场的需求量可以达到9.95亿元。以美国为例，2000年，美国红外成像与红外测温系统的市场销售总额为18.2亿美元，比1999年增长了3%，预计到2008年，总的市场销售额将达到28.2亿美元，年综合增长率达到6.5%。 　　“我国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：在发达国家的军用领域，红外热像仪已得到非常广泛的配置，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，其市场远景需求量相当巨大。随着高性能多色红外焦平面以及智能灵巧型片上图像处理技术的发展，预计这一比例还将继续走高。 　　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加，对安全的要求越来越严格，越来越多的场所需要24小时持续监控。红外线在夜间监视的应用更加突出，不仅金库、油库、军械库、图书文献库、文物部门、监狱等重要部门采用，而且也在一般监控系统中也被广泛采用，甚至居民小区监控工程也应用了红外线摄像机。带动了红外摄像市场持续升温。 2、红外光谱仪 　　红外光谱仪主要用于化学物理分析领域，可应用于各种物理化学实验室、石油、农业、检测等领域。按应用范围可分为通用型红外光谱仪和专用红外光谱仪，按波长范围分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了近红外光谱仪、化学计量学软件和应用模型三部分。只有三者的完美结合才能达到高性能的要求。目前近红外专用光谱仪器的研制及应用在国内已受到很多专家的关注，并已开发研制出一批适应国内分析对象的仪器及应用软件。如，中国石油科学院的一批年轻学者在陆婉珍院士的带领下，研制和开发出了有我国自主知识产权的近红外专用光谱仪器及其在我国石油科学中应用的一些软件；以北京农业大学严衍禄教授领导的“中国农业近红外分析技术网络系统”课题已完成，研制和开发了有自主知识产权的、适用于中国农业品品质的分析的软件；相秉仁教授在中国药科大学分析计算中心建立了Internet近红外光谱分析虚拟建模中心，进行近红外光谱分析的建模和数学模型维护等工作，并建立了一些中草药近红外分析的数学模型。 3、红外传感器 　　在实现远距离温度监测与控制方面，红外温度传感器以其优异的性能，满足了多方面的要求。在产品加工行业，特别是需要对温度进行远距离监测的场合，都是温度传感器大显身手的地方。在食品行业红外温度可以在不被污染的的情况下实现食品温度记录，因此备受欢迎。光纤红外传感器还具有抗电磁和射频干扰的特点，这为便携式红外传感器在汽车行业中的应用又开辟了新的市场。 　　随着红外测温技术的普遍应用，一种新型的红外技术—智能（Smart）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，能够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。另外，随着便携式红外传感器的体积越来越小，价格逐渐降低，在食品、采暖空调和汽车等领域也有了新的应用。比如用在食品烘烤机、理发吹风机上，红外传感器检测温度是否过热，以便系统决定是否进行下一步操作，如停止加热，或是将食品从烤箱中自动取出，或是使吹风机冷却等。随着更多的用户对便携式红外温度传感器的了解，其潜在用户正在增加。 三、红外技术的发展前景 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。但人们对她的研究仍然延续，时不时出现的新发明新应用，带给我们惊讶与感叹，人类对这座宝藏的开发还远远不够，红外产业还有广阔的扩张空间！ 1．​ 红外技术的发展及主要应用领域 军用领域 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。 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。 2．红外技术产业的主要领域方向 按产品和技术类别可分为：红外传感器、红外成像器 、红外材料、光学元件、制冷器、前放、专用信号读出处理电路、图像处理、系统设计、系统检测、仿真与试验等； 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。 安防领域 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。 消防领域 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。 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控制，则能大大提高企业的产品品质，如制造业中10%的大型企业配备红外热像仪，按每家企业配备一台红外热像仪来计算，则市场需求总量将达到13万台，以每台售价10万元计算，则市场需求额可达130亿元。 医疗领域 红外技术的医学应用主要包括人体温度检测、疾病临床诊断、疾病治疗与保健三个领域。 红外测温检测在非典、流感期间发挥了重要作用；医用红外热成像技术是对结构成像技术（B超、CT、核磁共振）是一个很好的补充，许多以往结构成像技术不能表现或晚于机能表现的异常信息，却能通过红外热成像技术表达。据文献报道，在发现肿瘤方面，它比CT、核磁早6～12个月。它又是疼痛及软组织损伤的唯一可查仪器。 目前，医用红外热成像技术正在生物信息、无创检测、亚健康评估、肿瘤预测、中医诊断客观化、人体异常信息的无创监测（包括SARS疫情监测）等重大前沿领域得到广泛的应用。 各种红外理疗仪已经逐步进入了人们的家庭。       我国医用红外热像仪的研制起步较晚，1991年才开始研制医用红外，由于技术和市场的原因，销售量一直较小，目前在使用的医用红外热像仪产品大约有200台，北京协和医院、军区总医院、309医院、304医院、721医院、电力总医院、北京医院等均有此类设备，据报道，目前全国各大医院均已建立了红外医疗中心，80%的中小型医院成立了红外医疗科室，国内医疗界对红外医疗设备的需求大大增加。  建筑领域 2006年11月1日，中国工程建设化协会批准实施《红外热像法检测建筑外墙饰面层脱粘结缺陷技术》，对红外热像仪在建筑行业的应用进行了规范。目前，我国建筑企业约为10万家，如果每家配备1台红外热像仪，则市场需求总量可达10万台，以平均每台售价5万元计算，市场需求额可达50亿元。 遥感领域 红外遥感仪器获取地物目标的红外波段辐射数据，经过信号或信息处理可以获得地球环境的信息。在地球资源探查、气象预报、防灾减灾、抗灾搜救等方面具有重要的应用价值和广阔的应用空间。有星载、机载、浮空器等众多遥感平台。 第三部分国内外红外产业的现状与发展趋势 军用领域    红外技术已广泛应用于陆、海、空各军兵种，其中红外成像精确制导是各国红外技术应用的主流方向之一。红外成像制导技术是由美国人从60年代初开始研创。有统计，在过去的20年里，世界范围内多次的局部战争和有限军事冲突中，被导弹击中的飞机中有90%是被红外制导导弹击落的, 有85%的地面和海上目标是被有红外制导能力的武器系统所击中。 红外制导技术的扩展应用领域相当宽广，大量装备的还有阵地型、机载型、舰载型和星载型制导火控系统和预告警系统。这些地面系统由于基本不受体积、重量、造型和时效性的严格限制，又有人工参与进行维护和参数的现场设置。 在欧、美发达国家，非消耗性红外成像制导（指挥、预警和火控）系统的列装率较高，几乎军用（警用）舰船上、飞机上、战车上和重要的地面阵地都装备了大量的红外成像设备，并发挥了相当重要的作用。 民用领域    根据美国Maxtech International 发布的红外市场报告， 2006年全球民用红外热像仪的销售额为16.3亿美元，几年来，全球民用红外热像仪市场需求年均增长率已超过了15%，预计2010 年全球民用红外热像仪市场供给将达到28亿美元。全球民用红外热像仪市场的供给和需求趋势 由于红外技术具有很高的军用和民用价值，近年来国外主要厂家纷纷在核心器件及系统产品的产业化进程中加大投入和研发的力度。 三、对红外技术课堂的意见及建议 我认为这门课程可以拓展学生的视野，扩大学生的知识面，虽然只是一门专业限选课，但它的重要性仍不能忽视。我们要重视这门课程的学习，因为它和当今的先进科学技术紧密联系，我们可以通过这门课程了解这一方面科技的新的科研成果，以及它将来的发展方向和趋势，便于我们准确定位，将来从事哪一方面的科学研究，对我们今后的发展都是具有很大的意义的。 我认为每节课都应有具体的任务，明确的目的和要求，每节课都给学生留有思考的空间，即留一些问题， 问题的设计：一、是有利于学生去思考，使学生有可说；二、是问题的设计有一定发展空间，有一定的外延；三、是问题的设计要符合学生的认知规律；四、是问题的设计能引发学生的争议，让学生去积极思考，在讨论中寻找。另外，问题的设计要具有可操作性与实践性，操作与实践性主要是指两方面的意思，一是学生有思考的空间，有利于学生的动脑；二是有利于学生的动手实践，三是通过学生的实践使其智力得到开发。把问题留给学生，帮助和引导学生自己去解决，在解决问题的过程中发现问并自己去解决问题。其主动性一是指在课堂教学活动中积极思考，大胆提出自己意见和看法；二是指课堂教学活动中积极参与讨论；三是指敢于动手实践，在实践中发现问题；四是在活动中能接受别人的意见。 课堂教学的形式是多样的，教学形式是实现教学目的一种手段，是为课堂教学服务的。学生只要能站出来发言都积极参与课堂教学活动具体表现，不论对与否都是学生自己的思考，有其自己的认识和看法。因此，对于在课堂上敢于发言的同学要让其其尽情的表达，特别是他的发言可能错误的时候更应如此，你要知道这位同学的发言对引起其他同学的讨论很有作用，是课堂教学活动升华，这也可以说是课堂的亮点。 最后，在这里我还要感谢老师耐心的教导，我以后会更加努力学习，谨遵老师的教导。   参考文献 [1] http://cache.baidu.com [2] 百度文库 [3] 查尔斯·辛格、E·J·霍姆亚德、A·R·霍尔、王前  《技术史》 上海科技教育出版社 (2004-12出版)