智能安防時代的到來，擴展了紅外設備的應用，而作為紅外探測系統中的核心元件——紅外探測器，作用則日益凸顯。今天就帶大家認識一下什麼是紅外探測器。

紅外探測器(Infrared Detector)是将入射的紅外輻射信号轉變成電信号輸出的器件。紅外輻射是波長介于可見光與微波之間的電磁波，人眼察覺不到。要察覺這種輻射的存在并測量其強弱，必須把它轉變成可以察覺和測量的其他物理量。一般說來，紅外輻射照射物體所引起的任何效應，隻要效果可以測量而且足夠靈敏，均可用來度量紅外輻射的強弱。現代紅外探測器所利用的主要是紅外熱效應和光電效應。這些效應的輸出大都是電量，或者可用适當的方法轉變成電量。

01 關于紅外線

1800年，英國科學家赫胥爾利用三棱鏡将太陽光分解為不同顔色的光，并使其照射在不同的水銀溫度計（即最原始的熱敏型紅外探測器）上測試加熱效果，發現位于紅光外側的那支溫度計升溫最快，由此發現了紅外線。

紅外線是一種人類肉眼看不見的光，所以它具有光的一切特性，但同時，紅外線還有一種非常顯著的熱效應，所有高于絕對零度即-273℃的物質都可以産生紅外線。

根據紅外輻射的産生機理、紅外輻射的應用和發展情況并結合考慮了紅外輻射在地球大氣層中的傳輸特性，進一步将 0.75~1000μm 的紅外輻射劃分為四個波段：

（1）近紅外或短波紅外，波長範圍為 0.75~3μm；

（2）中紅外或中波紅外，波長範圍為 3~6μm；

（3）遠紅外或長波紅外，波長範圍為 6~15μm；

（4）極遠紅外，波長範圍為 15~1000μm。

02 紅外探測器的類别

1、紅外探測器至今已有40餘年曆史，按照其特點可分為三代：

第一代：線性光導探測器陣列，線列探測器技術首先用于 PbS、PbSe 和 InSb 探測器，已經得到廣泛應用；

第二代：二維光伏探測器陣列，陣列包含大約 106 個探測器單元，并利用集成在一起的線路完成電子掃描；

第三代：在第二代基礎上進一步提出了探測器高性能、低成本的要求。

2、紅外探測器按工作原理分類，則有被動紅外探測器和主動紅外探測器兩種：

• 被動紅外探測器

被動式紅外探測器不向空間輻射能量，而是依據接收人體發出的紅外輻射來進行報警。任何溫度在絕對零攝氏度以上的物體都會不斷地向外界輻射紅外線，人體的表面溫度為36℃，其大部分輻射的能量集中在8 ~ 12μm的波長範圍内。由于它是一種被動探測器，其本身不放出電磁波，所以能夠在不暴露自己的情況下探測敵方，提供敵方的模糊成像。

△被動紅外探測器 △被動紅外探測器

• 主動紅外探測器

主動紅外探測器的發射機發出一束經調制的紅外光束，被紅外接收機接收，從而形成一條紅外光束組成的警戒線。當遇到樹葉、雨、小動物、雪、沙塵、霧遮擋則不應報警，人或相當體積的物品遮擋将發生報警。

主動紅外探測器技術主要采用一發一收，屬于線形防範，現在已經從最初的單光束發展到多光束，而且還可以雙發雙收，最大限度的降低誤報率，從而增強該産品的穩定性，可靠性。

△主動紅外探測器

3、紅外探測器按是否制冷分類，則可分為制冷型和非制冷型兩種：

• 制冷型紅外探測器，以光伏探測器為基礎，基于光子探測，集成低溫制冷器，用于給探測器降溫，這樣是為了使熱噪聲的信号低于成像信号。主要用于軍事領域。

• 非制冷型紅外探測器，基于熱探測，利用紅外輻射的熱效應，由紅外吸收材料将目标物體的紅外輻射能轉換成熱能，引起敏感元件的溫度上升。再将這種溫度變化轉換成電信号或可見光信号，以實現對物體的探測。非制冷型紅外探測器主要有多晶矽和氧化釩兩種。除軍事領域外，還大量應用于民用領域。

4、紅外探測器按照結構形式劃分，則可分為單片式和混成式兩種：

紅外焦平面陣列器件由紅外探測器陣列部分和讀出電路部分組成。因此，按照結構形式分類，紅外焦平面陣列可分為單片式和混成式兩種。其中，單片式集成在一個矽襯底上，即讀出電路和探測器都使用相同的材料，如圖1。混成式是指紅外探測器和讀出電路分别選用兩種材料，如紅外探測器使用HgCdTe，讀出電路使用Si。混成式主要分為倒裝式和Z平面式兩種，如圖2。

5、紅外探測器依照光輻射與物質相互作用原理劃分，可分為光子探測器與熱探測器兩大類。

• 光子探測器是基于光子與物質相互作用所引起的光電效應為原理的一類探測器，包括光電子發射探測器和半導體光電探測器，其特點是探測靈敏度高、響應速度快、對波長的探測選擇性敏感，但光子探測器一般工作在較低的環境溫度下，需要緻冷器件。
• 熱探測器是基于光輻射作用的熱效應原理的一類探測器，包括利用溫差電效應制成的測輻射熱電偶或熱電堆，利用物體體電阻對溫度的敏感性制成的測輻射熱敏電阻探測器和以熱電晶體的熱釋電效應為根據的熱釋電探測器。這類探測器的共同特點是：無選擇性探測（對所有波長光輻射有大緻相同的探測靈敏度），但它們多數工作在室溫條件下。

03 紅外探測器的優勢

紅外探測器在實際應用中，具有以下幾個優點：

1. 環境适應性優于可見光，尤其是在夜間和惡劣天候下的工作能力；

2. 隐蔽性好，一般都是被動接收目标的信号，比雷達和激光探測安全且保密性強，不易被幹擾；

3. 由于目标和背景之間的溫差和發射率差形成的紅外輻射特性進行探測，因而識别僞裝目标的能力優于可見光；

4. 與雷達系統相比，紅外系統的體積小，重量輕，功耗低。

紅外探測器在紅外成像系統中的地位類似于人視覺系統中的視網膜，将從環境中檢測的紅外輻射的信号，轉變為機器可以識别的電流或電壓的信号，是探測、識别和分析目标物體紅外信息的關鍵。 紅外探測器性能高低直接決定了紅外成像的質量。

04 紅外探測器的應用範圍

紅外探測技術靈敏度高，誤報率低，外形小巧，美觀，安裝方便 ，同時具有檢測人體運動、非法入侵并報警等功能。因此在軍事國防和民用領域得到了廣泛的研究和應用。

紅外線穿透煙霧、克服雨霧能力強，所以在軍事需求的牽引和相關技術發展的推動下，作為高新技術的紅外探測技術在未來的應用将更加廣泛，地位更加重要。

随着紅外探測器技術的成熟，各種适于民用的低成本紅外探測器不斷問世，它在國民經濟各個領域發揮着越來越重要的作用。

紅外熱成像在安防領域還具有多種用途，例如，夜間和惡劣天氣下的治安巡邏；汽車、船舶的交通安全保障；僞裝和隐蔽目标的識别；重點部門、建築、倉庫的保安、防火監控；由于消防、防爆、防光腐蝕等原因不允許燈光照明的特殊場所監控；森林、城市大面積防火監控；機場、海關的檢驗檢疫體溫監控等。

△紅外熱像儀具有透霧能力，可以在白天、夜間确保監控的畫面清晰度。

△人是熱的強輻射體，通過熱像儀很容易确定他們的位置，使用熱像儀不僅可以24小時尋找失蹤人員或逃犯，還可以發現躲藏在隐蔽物内的人，

△排除光幹擾，從而清晰地觀察到對方的各種動作。

△在搜捕疑犯或處理緊急情況的時候，一般所采取的第一個行動就是對事故地點進行封鎖并在周邊派出警戒，防止疑犯逃跑或有人進入警戒區域幹擾辦案，通過手持的或裝在車上的警用紅外熱像儀可以使周邊控制更加有效。

△車輛在使用時和使用之後都散發出大量的熱。熱輻射不僅來自發動機，而且來自輪胎、刹車和排氣管。用配有熱像儀的警用直升機可以從空中跟蹤嫌疑犯的車輛，即使在其不開車燈時也一樣能做到。裝有車載熱像儀的巡邏車還可以靠探測剛熄火車輛的散熱，跟蹤駛入停車場中的或剛剛逃開的嫌疑犯的車輛。

此外，紅外探測器在氣象預測、對地成像、軍事偵察、環境監測、機場安檢、智慧醫療等均有應用。

（九脈新視界整理）

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