紅外熱像儀發展概述

最早的紅外探測器就是赫胥爾用于發現紅外線的水銀溫度計。在以后的100年中，所有的紅外探測器都是熱感應的，入射到吸收層的輻射使該層變熱，轉而使與吸收器相接觸的熱敏材料變熱，就可通過熱敏材料特性的變化測得入射輻射功率。由這種熱電效應發明了多種熱電探測器，如熱電偶和熱電堆、金屬和半導體的熱敏電阻測輻射熱計。起初多數熱探測器是在環境溫度下工作，但其電性能在低溫下變化更快，因此導致了冷卻的熱探測器的出現。

19世紀末，科學家在硒中第一次觀察到光電導現象，但是由于半導體科學理論研究的滯后，一直到20世紀40年代以前，紅外光子探測器的制造并未得到很快的發展。在普朗克提出黑體輻射理論后，由量子力學基礎上發展了統計物理學和半導體的能帶理論，直接推動了紅外技術的發展。科學家發現：入射光子能量可與半導體內電子的能態起作用，會釋放載流子增加電子，或是獲得光生電動勢，且有一個明確的截止波長，它決定于在某一種材料中釋放載流子所需的能量，所以光子探測器的特性與材料密切相關，這就是光子探測器的物理基礎。最初的光子探測器是用蒸發或化學淀積的薄膜制成，主要材料為PbS，PbTe，PbSe等，多是中短波探測器。50年代，應用半導體摻雜技術，在Ge和Si半導體中，有選擇的摻入具有各種激活能的雜質，制作出響應超過100µm的光子探測器。另一個重要進展是，利用冶金工藝來合成新的化合物半導體，例如InSb和GaAs等，可以制作各種波長的單晶光子探測器。1958年，英國皇家信號與雷達研究所的勞森等人發明了HgCdTe三元化合物，由其制成的紅外探測器靈敏度高，重復性好，其響應波長可以在合成材料過程中人工調控。這一發明大大促進了紅外熱成像技術的發展，直到今天，HgCdTe仍然是最理想的熱成像探測器材料。

紅外成像技術始于20世紀30年代，它利用處于高真空的堿金屬或半導體光陰極，將紅外輻射轉換為電子輻射，再通過熒光屏使電子圖像轉換為人眼能看到的光學圖像。但由于其靈敏度低，早期在使用紅外變像管觀察時，必須有紅外輻射裝置“主動”照射目標。在第二次世界大戰末期，德國和美國在戰場上開始使用這種主動紅外夜視儀。由于它存在隱蔽性差，裝置笨重等缺點，又相繼發展了微光像增強技術和被動紅外熱成像技術。被動紅外熱成像技術是將目標/背景的紅外輻射由紅外探測器進行光電信號轉換，經過信號處理，在顯示器上顯示可見圖象的技術。它反映了當今紅外技術和光電成像技術的最新成就。二次世界大戰后，1964年，美國德克薩斯儀器公司為美軍提供了第一臺軍用紅外熱成像系統，之后，出現了多種軍用熱成像系統，并在近幾十年的地區局部沖突中，從越南戰爭、馬島之戰、海灣戰爭，到前南沖突都顯示出了其巨大的優越性。



不可否認，軍事應用是紅外技術發展的主要動力，但目前國際上市場越來越轉向國民經濟的各個領域，從工業檢測、醫學診斷到衛星遙感都在應用紅外熱成像技術。 六十年代中期，瑞典AGEMA公司研制出第一套工業用的實時成像系統，該系統由液氮制冷，110V電源電壓供電，重約35公斤， 1988年推出的全功能測溫熱像儀，將溫度的測量，修改、分析、圖像采集，存儲合于一體，重量小于7公斤，儀器的功能，精度和可*性都得到了顯著的提高。九十年代中期，美國一些公司首先將非制冷焦平面技術成功應用于民用熱像儀開發，研制成功新一代的紅外測溫熱像儀，技術性能更加先進，現場測溫時只需對準目標攝取圖像，并將上述信息存儲到機內的PC卡上，即完成全部操作，各種參數的設定可回到室內用軟件進行修改和分析數據，最后直接得出檢測報告，由于技術的進步，儀器重量已小于2公斤，使用中如同手持攝像機一樣，可方便地進行操作。





由于紅外測溫技術對保證電力安全生產和提高供電可*性方面取得了顯著的效果，同時，其經濟效益十分可觀，據美國有關應用部門統計，利用紅外技術檢測電力設備的投入產出比達到1：9以上，所以目前國外的一些電力部門應用已很廣泛。在工業發達的國家更是普遍推廣使用，應用范圍也從最初的電氣設備和電力線路開始擴大到發電廠等有關方面。1990年，國際大電網會議（CIGBE）上，對紅外診斷技術給予了足夠的重視和充分的肯定。1993年，美國動力會議上，底特律愛迪生公司和伊利諾依州電力公司都分別介紹了在架空線路和變電站，發電廠中應用紅外熱像技術檢測電力設備的最新經驗，紅外診斷技術已成為電力設備上方監測，普查、及時發現隱患，及時搶修杜絕惡性突發性設備事故的一種手段。國內，1975年由上海引進了第一套AGEMA公司的紅外熱像儀，這在當時是國內最先進的紅外測溫熱像儀，應用后，取得了很大的經濟效益，打開了AGEMA公司的中國市場。八十年代初，電力系統結合500KV平武工程在電力工業中首次引進三套瑞典AGEMA公司生產的紅外熱像儀。應用后，大大提高了電力設備探測、診斷的技術水平。

國內研究開發紅外技術的應用，起始于五十年代后期，開始發展紅外技術主要是為國防事業服務，經過幾十年的努力，在軍事應用和高科技領域取得了令人矚目的成就，隨著改革開放形勢的深入發展，我國軍用方面的紅外技術開始向民用方面輻射，至目前，民用國產紅外熱像儀的研制，開發和生產，已處于不斷的完善和提高之中，特別是隨著電子技術的高速發展和國外先進技術的引進，國產紅外熱像儀在儀器的技術功能，測溫精度及實用性、可*性等方面，都取得了較大的改進和提高，部分指標已經達到世界先進水平。