深度解析红外探测器（照亮隐秘的角落）

智能安防时代的到来，扩展了红外设备的应用，而作为红外探测系统中的核心元件——红外探测器，作用则日益凸显。今天就带大家认识一下什么是红外探测器。

红外探测器(Infrared Detector)是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波，人眼察觉不到。要察觉这种辐射的存在并测量其强弱，必须把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。一般说来，红外辐射照射物体所引起的任何效应，只要效果可以测量而且足够灵敏，均可用来度量红外辐射的强弱。现代红外探测器所利用的主要是红外热效应和光电效应。这些效应的输出大都是电量，或者可用适当的方法转变成电量。

01 关于红外线

1800年，英国科学家赫胥尔利用三棱镜将太阳光分解为不同颜色的光，并使其照射在不同的水银温度计（即最原始的热敏型红外探测器）上测试加热效果，发现位于红光外侧的那支温度计升温最快，由此发现了红外线。

红外线是一种人类肉眼看不见的光，所以它具有光的一切特性，但同时，红外线还有一种非常显著的热效应，所有高于绝对零度即-273℃的物质都可以产生红外线。

根据红外辐射的产生机理、红外辐射的应用和发展情况并结合考虑了红外辐射在地球大气层中的传输特性，进一步将 0.75~1000μm 的红外辐射划分为四个波段：

（1）近红外或短波红外，波长范围为 0.75~3μm；

（2）中红外或中波红外，波长范围为 3~6μm；

（3）远红外或长波红外，波长范围为 6~15μm；

（4）极远红外，波长范围为 15~1000μm。

02 红外探测器的类别

1、红外探测器至今已有40余年历史，按照其特点可分为三代：

第一代：线性光导探测器阵列，线列探测器技术首先用于 PbS、PbSe 和 InSb 探测器，已经得到广泛应用；

第二代：二维光伏探测器阵列，阵列包含大约 106 个探测器单元，并利用集成在一起的线路完成电子扫描；

第三代：在第二代基础上进一步提出了探测器高性能、低成本的要求。

2、红外探测器按工作原理分类，则有被动红外探测器和主动红外探测器两种：

• 被动红外探测器

被动式红外探测器不向空间辐射能量，而是依据接收人体发出的红外辐射来进行报警。任何温度在绝对零摄氏度以上的物体都会不断地向外界辐射红外线，人体的表面温度为36℃，其大部分辐射的能量集中在8 ~ 12μm的波长范围内。由于它是一种被动探测器，其本身不放出电磁波，所以能够在不暴露自己的情况下探测敌方，提供敌方的模糊成像。

△被动红外探测器 △被动红外探测器

• 主动红外探测器

主动红外探测器的发射机发出一束经调制的红外光束，被红外接收机接收，从而形成一条红外光束组成的警戒线。当遇到树叶、雨、小动物、雪、沙尘、雾遮挡则不应报警，人或相当体积的物品遮挡将发生报警。

主动红外探测器技术主要采用一发一收，属于线形防范，现在已经从最初的单光束发展到多光束，而且还可以双发双收，最大限度的降低误报率，从而增强该产品的稳定性，可靠性。

△主动红外探测器

3、红外探测器按是否制冷分类，则可分为制冷型和非制冷型两种：

• 制冷型红外探测器，以光伏探测器为基础，基于光子探测，集成低温制冷器，用于给探测器降温，这样是为了使热噪声的信号低于成像信号。主要用于军事领域。

• 非制冷型红外探测器，基于热探测，利用红外辐射的热效应，由红外吸收材料将目标物体的红外辐射能转换成热能，引起敏感元件的温度上升。再将这种温度变化转换成电信号或可见光信号，以实现对物体的探测。非制冷型红外探测器主要有多晶硅和氧化钒两种。除军事领域外，还大量应用于民用领域。

4、红外探测器按照结构形式划分，则可分为单片式和混成式两种：

红外焦平面阵列器件由红外探测器阵列部分和读出电路部分组成。因此，按照结构形式分类，红外焦平面阵列可分为单片式和混成式两种。其中，单片式集成在一个硅衬底上，即读出电路和探测器都使用相同的材料，如图1。混成式是指红外探测器和读出电路分别选用两种材料，如红外探测器使用HgCdTe，读出电路使用Si。混成式主要分为倒装式和Z平面式两种，如图2。

5、红外探测器依照光辐射与物质相互作用原理划分，可分为光子探测器与热探测器两大类。

• 光子探测器是基于光子与物质相互作用所引起的光电效应为原理的一类探测器，包括光电子发射探测器和半导体光电探测器，其特点是探测灵敏度高、响应速度快、对波长的探测选择性敏感，但光子探测器一般工作在较低的环境温度下，需要致冷器件。
• 热探测器是基于光辐射作用的热效应原理的一类探测器，包括利用温差电效应制成的测辐射热电偶或热电堆，利用物体体电阻对温度的敏感性制成的测辐射热敏电阻探测器和以热电晶体的热释电效应为根据的热释电探测器。这类探测器的共同特点是：无选择性探测（对所有波长光辐射有大致相同的探测灵敏度），但它们多数工作在室温条件下。

03 红外探测器的优势

红外探测器在实际应用中，具有以下几个优点：

1. 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；

2. 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；

3. 由于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；

4. 与雷达系统相比，红外系统的体积小，重量轻，功耗低。

红外探测器在红外成像系统中的地位类似于人视觉系统中的视网膜，将从环境中检测的红外辐射的信号，转变为机器可以识别的电流或电压的信号，是探测、识别和分析目标物体红外信息的关键。 红外探测器性能高低直接决定了红外成像的质量。

04 红外探测器的应用范围

红外探测技术灵敏度高，误报率低，外形小巧，美观，安装方便 ，同时具有检测人体运动、非法入侵并报警等功能。因此在军事国防和民用领域得到了广泛的研究和应用。

红外线穿透烟雾、克服雨雾能力强，所以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。

随着红外探测器技术的成熟，各种适于民用的低成本红外探测器不断问世，它在国民经济各个领域发挥着越来越重要的作用。

红外热成像在安防领域还具有多种用途，例如，夜间和恶劣天气下的治安巡逻；汽车、船舶的交通安全保障；伪装和隐蔽目标的识别；重点部门、建筑、仓库的保安、防火监控；由于消防、防爆、防光腐蚀等原因不允许灯光照明的特殊场所监控；森林、城市大面积防火监控；机场、海关的检验检疫体温监控等。

△红外热像仪具有透雾能力，可以在白天、夜间确保监控的画面清晰度。

△人是热的强辐射体，通过热像仪很容易确定他们的位置，使用热像仪不仅可以24小时寻找失踪人员或逃犯，还可以发现躲藏在隐蔽物内的人，

△排除光干扰，从而清晰地观察到对方的各种动作。

△在搜捕疑犯或处理紧急情况的时候，一般所采取的第一个行动就是对事故地点进行封锁并在周边派出警戒，防止疑犯逃跑或有人进入警戒区域干扰办案，通过手持的或装在车上的警用红外热像仪可以使周边控制更加有效。

△车辆在使用时和使用之后都散发出大量的热。热辐射不仅来自发动机，而且来自轮胎、刹车和排气管。用配有热像仪的警用直升机可以从空中跟踪嫌疑犯的车辆，即使在其不开车灯时也一样能做到。装有车载热像仪的巡逻车还可以靠探测刚熄火车辆的散热，跟踪驶入停车场中的或刚刚逃开的嫌疑犯的车辆。

此外，红外探测器在气象预测、对地成像、军事侦察、环境监测、机场安检、智慧医疗等均有应用。

（九脉新视界整理）

,