資訊熱線：紅外技術的發展概況與周邊電子產品的應用
紅外線自1800年被發現以來，人們對她的研究從來沒有停止過，目前已經開發出了眾多的應用產品，從醫療、檢測、航空到軍事等領域，幾乎處處都能看到紅外的身影。但人們對她的研究仍然延緩，時不時出現的新發明新應用，帶給我們驚訝與感嘆，人類對這座寶藏的開發還遠遠不夠，紅外產業還有廣闊的擴張空間！
自從自從1800年英國天文學家F·W·赫歇爾發現紅外輻射至今，紅外技術的發展經歷了將近兩個世紀。從那時開始，紅外輻射和紅外元件、部件的科學研究逐步發展，但發展比較緩慢，直到1940年前后才真正出現現代的紅外技術。當時，德國研制成硫化鉛和幾種紅外透射材料，利用這些元、部件制成一些軍用紅外系統，如高射炮用導向儀、海岸用船舶偵察儀、船舶探測和跟蹤系統，機載轟炸機探測儀和火控系統等等。其中有些達到實驗室試驗階段，有些已小批量生產，但都未來得及實際使用。此后，美國、英國、前蘇聯等國競相發展。特別是美國，大力研究紅外技術在軍事方面的應用。目前，美國將紅外技術應用于單兵裝備、裝甲車輛、航空和航天的偵察監視、預警、跟蹤以及武器制導等各個領域。
按應用領域可分為，安防、消防、電力、企業制程制冷、醫療、建筑、遙感領域等，紅外技術產業的主要領域方向，按產品與技術可分為：紅外傳感器、紅外成像器、紅外材料、光學元件、制冷器、前放與專用信號讀出處理電路、圖像處理、系統設計、仿真與試驗。
近幾年來，中國的紅外產品市場發展很快，遠不能適應國內日益增長的市場需求，無法在國際市場中建立競爭優勢。在紅外技術產業中，與紅外熱成像技術和紅外探測技術相關的產品占主導地位，而其它紅外技術類的產品在整個產業格局中所占比重過小或發展緩慢，缺少頂層規劃和行業約束。
目前紅外技術產業化的發展主要存在以下幾個問題：
（1）技術創新能力和科研成果轉化能力弱，
紅外探測器是紅外技術的核心部件，目前我國對探測器的研制尚處于初級階段，探測器的發展還趕不上系統產品的發展需求，尤其是高端應用的紅外探測器仍依賴進口。在紅外技術領域、科研和生產分家是我國長期存在的一個問題，科研單位往往有很強的科技力量,但不少產品只停留在樣品、展品或小批量生產的水平上,看廣告各種產品一應俱全,市場需求時卻無法快速提供產品，大部分科研成果不能迅速地轉化為生產力。
（2）缺少規范化的行業標準體系
目前，在紅外光學鏡頭加工、紅外成像器整機測試等專業領域沒有統一的國家規范與行業標準，標準體系的不完善導致了相關領域低水平的重復研究、重復設計比較普遍，新產品推廣速度較慢。國家規范和行業標準的確立可以促進產業統一、協調、高效率地發展，是紅外技術在科研、生產和使用三者之間的橋梁。紅外技術產業中的科技成果只有在納入相應標準后才能夠迅速得以推廣和應用。
（3）產業規模小，產品成本高
我國對紅外技術方面的研究主要集中在部分科研院所和高等院校。這些研究單位主要進行探測器陣列及其工藝的研究，無法形成規模量產；而眾多的經營紅外產品的公司大部分只停留在制作一些外圍設備和開發一些軟件的業務上，研發實力弱，品牌影響力小。弱小的產業規模不僅直接導致了紅外產品成本較高，增加了產品推廣的難度，同時又制約了對紅外技術相關基礎研究的投入，形成惡性循環。
（4）市場牽引不足，應用領域有待進一步開拓
紅外技術產業的相關產品并不能完全適應市場的需要，潛在的市場需求尚待開發。紅外技術應用最多的是軍事、電力、消防等行業，只有將紅外技術自身的特點結合應用行業的具體需求，才能在更為廣闊的領域開發新的符合市場需求的產品，才能更好地服務于國民經濟。如一美國公司的車載探測器，僅此一項應用市場定位準確的產品就達到量產數十萬臺的產業規模，拉動了光學、電子、結構等數個行業。而在我國類似規模的應用產品種類還不多，所形成的市場牽引還很不夠。
（5）光學材料及相關數據基礎薄弱
隨著國內紅外系統的逐步推廣和應用，紅外光學材料也發展很快，國內紅外材料生產單位也逐漸增多，但其光學參數大多采用國外數據，沒有一套完整準確的測量儀器和標準，性能偏差情況有待應用考證。一些材料具有較大偏差且欠穩定；給應用帶來很多的不確定性。研制、生產工藝、測量等基礎薄弱對紅外系統產品的規模化發展有著一定的制約作用，是產業化發展過程中需要著力解決的問題。
國內的紅外產業化發展很快應用市場，而且已大量出口國外，這種市場發展趨勢，必將對中國的紅外技術和產業的發展起到積極的推動作用，必將激勵和加快具有完全中國自主知識產權的紅外技術產品的問世，也必將帶來更廣闊的紅外產品應用市場。
綜合目前紅外技術產業化進程在國際和國內發展的現狀和趨勢，國家應從宏觀上對該行業加以支持和引導，使之步入良性的發展軌道，建立起政府、行業協會和企業間有效的協調機制，形成可以拉動國民經濟增長的一個新的高技術領域。這就需要我們針對目前的客觀情況，在以下幾個方面擬定出臺一系列的宏觀措施來引領市場的發展。
紅外產業后續發展的思考和對策
（1）提升紅外技術基礎研究地位，
隨著我國紅外技術產業的蓬勃發展，尤其是在軍用領域面臨必須打破紅外設備關鍵技術受制于人的局面，有必要在高等院校、科研院所進一步提升紅外技術專業的研究地位，加大對紅外光學材料、紅外探測器等基礎產業的投入，改變為形成具有我國特色的紅外技術產業提供堅實的技術支撐。
加大力度鼓勵創新，特別是原始創新，提高自主知識產權，保護國有產業的利益，提高國際市場競爭力；對目前國內原創能力較弱的領域，提倡引進、消化、吸收再創新。對已有創新的領域要加大投入力度，形成有梯度、有側重的研究體系，重點發展探測器、光學配套等領域的基礎研究，形成有自主知識產權的核心競爭力。
（2）統籌規劃，推進紅外行業規范化發展
伴隨著紅外技術發展的需要，國家規范和標準所形成的體系能夠為該項技術的產業化推進做好鋪墊；同時，規范的管理，可以兼顧產業結構中各個專業領域的協調發展，便于開展廣泛的配套協作，集中優勢資源在不同類型產品上形成完整的產業鏈，提升紅外技術產品的國內外競爭力。
（3）重視市場需求的牽引作用，
紅外產業曾具有軍品應用的特殊背景，但在民用市場發展中也需要以市場為主導，通過技術創新引導市場消費和應用方向，從而牽動整個產業的發展。國家應從宏觀的規劃中給予紅外技術產業化項目以足夠的重視和適當的政策傾斜，行業協會應積極通過各種渠道和方式幫助企業拉近與市場需求的距離，而企業本身需要通過整合自身的資源，加強市場調研和信息收集，努力挖掘潛在的市場需求關系，拓寬產品應用領域。
（4）鼓勵建設資源節約型、
國家應鼓勵從事紅外產品的企業向規模化、產業化方向發展，提高企業本身的生產效率，規范生產工藝流程，節約產品成本支出。加大在探測器、光學材料等領域的基礎投入，逐步建立產業良性的協調發展機制。在發展的同時，也要注意對資源的有效開發與利用，防止對生產和周邊環境產生的負面影響，在重視質量、效率和規模的同時也要注意的產業的良性發展。
（5）加強市場引導和管理，
國家科技部門，市場信息部門和經濟管理部門要加強協作，建立紅外產品企業的市場規范，以規章制度對企業在市場中的運營方法進行規范；對市場信息進行收集，整理和發布，引導紅外企業在一個健康正確的方向發展，避免因為企業產品和應用領域的過度重疊帶來的惡性競爭。各企業間進行無縫協作的方式，實現資源有效利用，市場優勢互補。在產業化的進程中，著眼于以市場定成本、以成本定設計、以設計定產品的發展思路，推進紅外技術產業化的快速發展。
隨著紅外測溫技術的普遍應用，一種新型的紅外技術—智能（Smart）數字紅外傳感技術正在悄然興起。這種智能傳感器內置微處理器，能夠實現傳感器與控制單元的雙向通信，具有小型化、數字通信、維護簡單等優點。當前，各傳感器用戶紛紛升級其控制系統，智能紅外傳感器的需求量將會繼續增長，預計短期內市場還不會達到飽和。作為專業的紅外元器件服務商，臺灣億光電子秉持“誠信、創新、和諧、卓越”的理念，以滿足客戶需求為第一優先，持續不斷的改善制程，注重產能的靈活性與生產力，提升生產效率。建置完善的管理支持系統，嚴謹的存貨管理政策，以系統化信息科技加強企業營運效率與決策流程，協同組織目標與行動，創造智能的企業。億光更戮力于LED技術的強化，包括產品亮度及效率的提升；開發新應用市場產品；產品布局多元化以提高競爭力，以及專利布局將智慧財產化等。
另外，隨著便攜式紅外傳感器的體積越來越小，價格逐漸降低，在食品、采暖空調和汽車等領域也有了新的應用。比如用在食品烘烤機、理發吹風機上，紅外傳感器檢測溫度是否過熱，以便系統決定是否進行下一步操作，如停止加熱，或是將食品從烤箱中自動取出，或是使吹風機冷卻等。隨著更多的用戶對便攜式紅外溫度傳感器的了解，其潛在用戶正在增加。而億光作為生產商，在這方面設計多種適合的產品
比如說紅外線技術在測速系統中已經得到了廣泛應用，許多產品已運用紅外線技術能夠實現車輛測速、探測等研究。紅外線應用速度測量領域時，最難克服的是受強太陽光等多種含有紅外線的光源干擾。外界光源的干擾成為紅外線應用于野外的瓶頸。針對此問題，這里提出一種紅外線測速傳感器設計方案，該設計方案能夠為多點測量即時速度和階段加速度提供技術支持，如其方案可應用于公路測速和生產線下料的速度稱量等工業生產中需要測量速度的環節。
紅外線對射管的驅動分為電平型和脈沖型兩種驅動方式，本系統中紅外傳感器選用脈沖型驅動方式。由紅外線對射管陣列組成分離型光電傳感器。該傳感器的創新點在于能夠抵抗外界的強光干擾。太陽光中含有對紅外線接收管產生干擾的紅外線，該光線能夠將紅外線接收二極管導通，使系統產生誤判，甚至導致整個系統癱瘓。本傳感器的優點在于能夠設置多點采集，對射管陣列的間距和陣列數量可根據需求選取。
發射管選取SIR204-A型發射管，該紅外線二極管驅動電流范嗣為20～100 mA，其正向導通壓降為1．3～1．5 V，發出紅外線光波長范圍約為835～930 nm，發射角度為30°，直射時紅外線光強度最大。發射管驅動電壓采用脈沖電壓，38 kHz載波頻率，發送時長為280 μs，占空比為1／2的方波，發送間隔為720 μs。載波脈沖需要與紅外線接收管的型號相匹配。紅外發射管能夠匹配光電晶體管、光敏二極管和紅外接收器模塊，紅外傳感器的接收部分選擇了帶有放大和濾波功能的紅外線接收二極管。發射部分的設計需要考慮到接收部分的制約。經過驗證調制脈沖驅動電流能夠匹配紅外線接收管，將紅外線接收管導通。驅動發射管PWM的波形如圖l所示。
圖2是紅外線發射管的驅動電路圖。脈沖信號由R29處輸入，通過NPN型三極管，從而控制紅外發射管VD3的通斷情況，本電路中單個紅外管驅動電流選擇值約為20 mA。由于NPN型三極管驅動電流低于20 mA，需在電路中加入P-mos管增強驅動能力。R18和R29的電阻值需要匹配，若2個電阻匹配不佳，會造成驅動脈沖波形毛刺較多，使二極管導通能力減弱，導通時間延遲增大。R18盡量大，能夠減少電路功耗，R18和R29都選用10 kΩ電阻。紅外線發射管的驅動不穩定，會造成接收判斷失效，驅動電路的配置要根據實驗進行匹配。
紅外線接收管內部電路如圖3所示，紅外線接收二極管內部電路將導通后微弱脈沖信號放大、濾波整形，輸出單片機可以識別的方波脈沖信號。該類型紅外線接收管導通波長范圍約為850～1 050 nm，紅外線發射管發射波長約為875 nm，能夠滿足紅外線接收管導通要求。
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紅外線接收管選用HS0038型的紅外一體接收頭，該器件集成度高，能夠以小成本實現圖3所示功能。紅外線接收管需要接收38 kHz左右帶寬的脈沖波形，接收發射管只能接收間歇發射的紅外線，發射紅外線過于密集，接收管無法導通，需要予以注意。紅外線發射管發出38 kHz載波，將紅外線接收管導通。該波形頻率為1 kHz，周期內高電平時間720μs，低電平時間280μs。當有物體遮擋紅外線對射管時，發射源被遮擋，紅外線接收管無法導通，輸出高電平。由此可以判斷是否有物體從紅外線對射管中間通過。紅外線
接收管導通時的輸出波形如圖4所示。
當紅外線接收管被正面遮擋時，周圍障礙物體反射由紅外線發射管發出的紅外線。此時微弱的信號會隨著紅外線接收管內部自動增益控制調節到最大而產生方波波形，對紅外線接收管造成干擾。干擾使采集到的信號復雜，需要采用濾波手段將雜波干擾濾除。經過分析和示波器觀察，雜波的頻率大于1 kHz。在紅外線接收管輸出端接入有源濾波電路，能夠將高于1 kHz的雜波濾掉。由此輸出的波形為紅外線接收管導通和未導通兩種狀態下的信號，未摻雜干擾，較容易區分，可以根據特點編寫算法，判斷是否有物體從紅外線對射管中間通過。
控制軟件需要保證紅外線對射管一對一工作，且對信號采集處理，對采集的信號編寫算法程序，完成對物體是否遮擋紅外線對射管的判定，即分辨紅外線接收管是否被導通。通過單片機內部計數器計取脈沖個數，可以將物體遮擋某個紅外線接收管的時間記錄下來。程序流程如圖5(a)所示，需要不斷判定第一個紅外線接收管的輸出狀態，當確定有物體遮擋時，將開始標志位置為1，單片機開始讀取其他接收管狀態，同時啟動定時器，下一對紅外線對射管的接收管被遮擋停止計時。紅外線發射管按順序依次發射紅外線，處理單元依次讀取紅外線接收管狀態，可以防止鳥或人無意遮擋引起的誤判現象。判斷有物體遮擋的程序思想為判斷1 ms內，是否有物體遮擋，若沒有物體遮擋，紅外線接收管輸出的脈沖波形保持不變；若有物體遮擋，紅外線接收管輸出高電平持續1 ms以上。紅外線接收管輸出狀態是否為高電平，可以判斷是否有物體遮擋。當按順序掃描的前一對紅外線對管被判定遮擋時，開始掃描下一對管子的脈沖個數，同時開啟定時器。延時50 μs，判定接收管接收到的是否為脈沖，判定是否為脈沖則需要判定引腳是否為低電平，如果引腳為低電平，計數值清零。計數值并不是計數器的值，而是計算延時50μs的次數是否達到28。
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當判斷相應的接收管被遮擋時，相應的紅外線對管序號累加。程序流程如圖5(b)所示。
紅外線對射管構成一對紅外傳感器收發子單元。若干對紅外傳感器收發子單元構成完整的紅外線測速傳感器，其紅外線對射管分離距離和紅外傳感器收發子單元間距可以調整。如圖6所示，Ⅳ需要大于2，分離距離超過5 m。在兩對紅外線對射管之間測量物體經過的時間T，間距設置為L，可以得到后一對紅外線對射管的即時速度V：
紅外線對射管方法，能夠動態地反應物體運動經過紅外對管時的即時速度和階段加速度。紅外線在速度測量中的應用，可以作為其他設備或者系統的技術支持，為后續的設備校準和分析提供數據準備。CD4051等模擬開關芯片可以作為增加測量點數量的編碼、譯碼器，控制紅外線接收管一對一工作，得到精確采樣點的速度和階段的加速度的信息。完整的速度測量系統結構，包括傳感器、處理單元以及人機交互單元，適合于小型企業和研究所。紅外線對射管工藝上，不需要嚴格的管子對射標準，紅外線對射管間距加工略有偏差不影響測量精度和紅外線對射管導通。
隨著家用電器、視聽產品的普及，自動化辦公設備的廣泛應用和網絡化的不斷發展，越來越多的產品具有了待機功能（如遙控開關、網絡喚醒、定時開關、智能開關等）。產品的待機功能實現遙控操作，極大地方便了我們的生活，但也浪費了大量的能源。利用本系統可以良好的達到節能和環保的效果。同時在家庭或工業控制現場，一些手動操作不太方便的場合，可以使用現有遙控器通過設置代替手動操作，比如可以利用家中現有的彩電遙控器，控制其它沒有遙控功能的電器（如電燈、計算機、音響、電腦、打印機、飲水機、熱水器等），方便生活。
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