市场猛增技术革新 红外探测器走向高端应用

    主动红外探测器作为一种周界防范报警应用的无形电子围栏，业界常简称为“主动红外”、“红外对射”。主动红外探测器自90年代初期开始进入国内安防市场，其市场发展历程已经有20多年，因其优越的性价比和技术的不断更新换代，此类产品目前仍是国内外周界安防应用市场的主要产品。红外探测市场经过迅猛增长后，技术革新需求不断提升，未来大型红外探测或将占有一席之地。
　　
　　红外探测工作原理
　　
　　不同种类的物体发射出的红外光波段是有其特定波段的，该波段的红外光处在可见光波段之外。因此人们可以利用这种特定波段的红外光来实现对物体目标的探测与跟踪。将不可见的红外辐射光探测出并将其转换为可测量的信号的技术就是红外探测技术。
　　
　　从目前应用的情况来看，红外探测有如下几个优点：环境适应性优于可见光，尤其是在夜间和恶劣天候下的工作能力；隐蔽性好，一般都是被动接收目标的信号，比雷达和激光探测安全且保密性强，不易被干扰；由于是目标和背景之间的温差和发射率差形成的红外辐射特性进行探测，因而识别伪装目标的能力优于可见光；与雷达系统相比，红外系统的体积小，重量轻，功耗低；探测器的光谱响应从短波扩展到长波；探测器从单元发展到多元、从多元发展到焦平面；发展了种类繁多的探测器和系统；从单波段探测向多波段探测发展；从制冷型探测器发展到室温探测器；由于红外探测技术有其独特的优点从而使其在军事国防和民用领域得到了广泛的研究和应用，尤其是在军事需求的牵引和相关技术发展的推动下，作为高新技术的红外探测技术在未来的应用将更加广泛，地位更加重要。
　　
　　红外探测器是将不可见的红外辐射能转变成其它易于测量的能量形式的能量转化器，作为红外整机系统的核心关键部件，红外探测器的研究始终是红外物理与技术发展的中心。
　　
　　红外探测器市场迅猛增长
　　
　　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。
　　
　　技术革新将红外探测器推向高端市场
　　
　　红外探测器曾广泛用于各种领域如建筑、安全、家电和工业等领域，应用功能多种多样，包括运动检测、温度测量、计数以及火灾/气体检测等，红外探测器已从最初的仅具有基本运动检测功能的单像素热电探测器发展到可以应用于更复杂的系统、更多样化的高端设备市场如温度感测或者气体/火灾探测、光学检测……
　　
　　在2000年底，通过引进阵列探测器，红外探测器的多样化应用在高端市场有了进一步发展。由HeimannSensors为首的多家厂商采取了“技术推动”的策略开发出基于热电技术和热电偶技术的红外探测器。一些MEMS厂商如欧姆龙和松下，将其专业技术运用到复杂的MEMS结构制造中，确保了热电偶技术在阵列传感器市场的统治地位。
　　
　　尽管如此，热电偶技术的统治地位在2013年受到了一款新产品的挑战，该产品是基于红外成像厂商ULIS的一项技术。这款大型红外探测器是第一款具有100x100像素以下的实际分辨率（不带窗口）的微测辐射热计，旨在占取快速发展的红外探测器市场的份额。2014年，非致冷红外成像市场的领导者FLIR有可能加入小型微测辐射热计阵列领域的竞争。在未来，红外探测器的下一个技术进步是封装级别向真空封装或晶圆级封装发展，同时利用制造工艺优化以缩小像素间距。
　　
　　由于竞争厂商的多样性，红外探测器市场的竞争格局非常复杂。要对各个竞争对手的技术背景和定位有一个清晰的认识，并弄清楚什么是总体有效市场以及需要面对哪些挑战。
　　
　　未来：大型红外探测将占有一席之地
　　
　　小型红外探测器是受价格驱动的商品市场，而中型和大型阵列探测器则是受成本和性能驱动的市场，并且为新产品提供了差异化的空间。但是在每种红外探测器技术（如热电/热电偶/微测辐射热计）之间存在着巨大的障碍。由于这些技术都是基于不同的制造工艺，如果没有企业合并或收购，很难从一种技术转换到另外一种技术。同样从产品角度来看，由于依赖强大的知识产权或者MEMS制造能力，要从小型探测器切换到阵列探测器也是非常具有挑战性的。在这种背景下，许多厂商没有直接参与竞争，但仍有机会在具有巨大潜力的大型探测器市场占有一席之地。
　　
　　延伸阅读：如何使主动红外探测工作更可靠
　　
　　结合成本和实际需求的正确的选型，因地制宜和规范化的设计安装，主动红外对射探测器是周界安防工程值得信任的高性价比选择。
　　
　　能抗杂光干扰：探测器外壳必须是滤杂光特制材料，并采用光学膜工艺，同时在接收端内部的光学部件上也必须采用同样的滤光材料和工艺；
　　
　　独立大口径双光束及大间距：由于树枝、落叶或飞禽体积相对于人体来说较小，一般只能遮挡一条光束，当多光束产品的相邻间距大于100mm时，就可以有效排除这些干扰因素，同时正如前述，多光束产品工作时实际起作用的是上下最外道的光束，所以能量更易集中的大间距独立双光束是防止误报和漏报的关键；
　　
　　防霜结露技术：为适应室外环境要求，对射外壳必须具有防霜结露凹槽结构设计，并有低温环境下使用的加热器配件可选;同时外壳及穿线孔必须采用橡胶密封件等专业防水材料，防护等级应在IP45以上；
　　
　　优质光学机构：在控制成本的同时，宜采用菲涅尔透镜的光学技术，保证设备两端最大能量的输出和接收，保证产品稳定性；
　　
　　灵敏度可调：同样是遮断红外光线，落叶或飞禽的遮断时间段通常要小于人爬墙的遮断时间，因为速度是前者快。通过这个措施调节设备灵敏度，周界系统可以有效地防止误报；
　　
　　防雷抗电涌：50%以上的对射故障是由闪电或电涌所致。为防止直击雷击电以外引起的电器设备受损与误报，对射产品本身的防雷指标必须符合3C标准。当然更重要的是周界系统环路中也必须具备防雷、防磁、防射频干扰的接地设计；
　　
　　规范化安装施工：主动红外对射探测器本身的性能可靠稳定性是一方面，规范的安装施工却也是相当重要的环节，如何能保证探测器最佳的工作状态，使系统起到最有效的周界防护性能，很大程度上取决于施工安装的规范；
　　
　　注重特殊现场：安装在弧形或不规则围墙上的探测器，其探测射线距离围墙弧沿的最大弦高不能大于15~20cm。如果一个人体攀爬的动作距离超过就必须增加探测器数量来分割弧形围墙，使最大弦高不大于规定距离；
　　
　　防止串扰发生：当数对探测器安装于同一直线的情况下，建议采用同型背靠背的安装法，以减小相邻探测器间的串频现象；
　　
　　感度电压和压差：产品校准的感度电压必须达标，才能保证探测器即使在恶劣天气环境下也能正常的工作。同时双光束产品的上下压差必须按说明书调整一致，可以有效防止误报；
　　
　　系统维护事项：日常保养检修十分重要，一般应由专业人员视现场情况，每三或六个月做一次清洁保养，对探测器光轴做重新校准，整理调试控制系统。