任何溫度高于絕對零度的物體,都會向外部空間以紅外線的方式輻射能量。利用紅外輻射實現(xiàn)相關(guān)物理量測量的傳感技術(shù),即為紅外傳感技術(shù)。紅外傳感技術(shù)是近年來發(fā)展最快的技術(shù)之一,目前在航空航天、天文、氣象、軍事、工業(yè)和民用等眾多領(lǐng)域,都起著不可替代的重要作用。
紅外傳感器類型主要有熱敏電阻/(微)輻射熱計型、熱電偶/熱電堆型、高萊氣動型和熱釋電型等。其中,熱釋電型的敏感元件通常采用具有熱釋電效應(yīng)的晶體材料,具有檢測效率最高,頻率響應(yīng)最寬,能探測輻射信號的快速變化等顯著優(yōu)點,故該類傳感器發(fā)展較快,應(yīng)用范圍也較廣。
隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高、計算機微處理器技術(shù)的發(fā)展、現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)的提升、新型半導(dǎo)體等材料的推出和加工制造工藝等各方面的進步,紅外傳感器近年發(fā)展迅猛。據(jù)國外某研究機構(gòu)預(yù)測,紅外傳感器全球銷售額將會從2010年的$1.52億美元增長到2016年的2.86億美元。
近年來,紅外傳感器的發(fā)展趨勢主要集中體現(xiàn)在以下幾個方面:
1.新型材料和處理技術(shù)的發(fā)展
用新型材料和處理技術(shù),使得傳感器的紅外探測率提高,響應(yīng)波長增大,響應(yīng)時間縮短,像素靈敏度和像素密度更高,抗干擾性能提高,生產(chǎn)成本降低。如Pyreos和Irisys公司已推出薄膜和陶瓷混合的新型熱釋電敏感技術(shù),使得敏感元件可以實現(xiàn)陣列化。
2.傳感器的大型化和多功能化
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大,紅外傳感器正從小型、單一功能,向大型化、多功能化方向發(fā)展。如國外所研制的大型紅外傳感器(16×16到64×64像素)除可進行溫度場測量外,還可獲得先進的、小型紅外傳感器所不具有的人體探測功能(即可精確定位個人在空間中的位置,即使人不活動,也可識別出)或大型區(qū)域的安全監(jiān)視等功能,十分適宜于家庭自動化、醫(yī)療保健、安全防護等場合的應(yīng)用。此外,新型多光譜傳感器的研制,也大大改善了紅外成像陣列的功能性。
3.傳感器的智能化
新型的智能紅外傳感器通常內(nèi)置多個微處理器,具備傅里葉變換、小波變換等先進數(shù)字信號處理或補償功能,自診斷功能,雙向數(shù)字通信等功能,使得傳感器的穩(wěn)定性、可靠性、信噪比、便利性等性能大大提高。
4.傳感器的進一步微型化、集成化
采用片上集成技術(shù)(包括盲元替代、非均勻性校正、部分圖像處理功能等)和其它新的器件結(jié)構(gòu)及新的制造工藝技術(shù),在MEMS(微機電系統(tǒng)),甚至基于納米科技的NEMS(納機電系統(tǒng))推動下,紅外傳感器尺寸大為縮小,功耗大大降低,集成度顯著提高。由于紅外傳感器的優(yōu)越性能,許多主流儀表研究單位和生產(chǎn)制造商對它的研發(fā)投入也越來越高。