紅外線自1800年被發(fā)現(xiàn)以來，人們對她的研究從來沒有停止過，目前已經(jīng)開發(fā)出了眾多的應用產(chǎn)品，從醫(yī)療、檢測、航空到軍事等領(lǐng)域，幾乎處處都能看到紅外的身影。但人們對她的研究仍然延緩，時不時出現(xiàn)的新發(fā)明新應用，帶給我們驚訝與感嘆，人類對這座寶藏的開發(fā)還遠遠不夠，紅外產(chǎn)業(yè)還有廣闊的擴張空間！

自從自從1800年英國天文學家F·W·赫歇爾發(fā)現(xiàn)紅外輻射至今，紅外技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了將近兩個世紀。從那時開始，紅外輻射和紅外元件、部件的科學研究逐步發(fā)展，但發(fā)展比較緩慢，直到1940年前后才真正出現(xiàn)現(xiàn)代的紅外技術(shù)。當時，德國研制成硫化鉛和幾種紅外透射材料，利用這些元、部件制成一些軍用紅外系統(tǒng)，如高射炮用導向儀、海岸用船舶偵察儀、船舶探測和跟蹤系統(tǒng)，機載轟炸機探測儀和火控系統(tǒng)等等。其中有些達到實驗室試驗階段，有些已小批量生產(chǎn)，但都未來得及實際使用。此后，美國、英國、前蘇聯(lián)等國競相發(fā)展。特別是美國，大力研究紅外技術(shù)在軍事方面的應用。目前，美國將紅外技術(shù)應用于單兵裝備、裝甲車輛、航空和航天的偵察監(jiān)視、預警、跟蹤以及武器制導等各個領(lǐng)域。

按應用領(lǐng)域可分為，安防、消防、電力、企業(yè)制程制冷、醫(yī)療、建筑、遙感領(lǐng)域等，紅外技術(shù)產(chǎn)業(yè)的主要領(lǐng)域方向，按產(chǎn)品與技術(shù)可分為：紅外傳感器、紅外成像器、紅外材料、光學元件、制冷器、前放與專用信號讀出處理電路、圖像處理、系統(tǒng)設計、仿真與試驗。

近幾年來，中國的紅外產(chǎn)品市場發(fā)展很快，遠不能適應國內(nèi)日益增長的市場需求，無法在國際市場中建立競爭優(yōu)勢。在紅外技術(shù)產(chǎn)業(yè)中，與紅外熱成像技術(shù)和紅外探測技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)品占主導地位，而其它紅外技術(shù)類的產(chǎn)品在整個產(chǎn)業(yè)格局中所占比重過小或發(fā)展緩慢，缺少頂層規(guī)劃和行業(yè)約束。

目前紅外技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展主要存在以下幾個問題：

（1）技術(shù)創(chuàng)新能力和科研成果轉(zhuǎn)化能力弱，     
紅外探測器是紅外技術(shù)的核心部件，目前我國對探測器的研制尚處于初級階段，探測器的發(fā)展還趕不上系統(tǒng)產(chǎn)品的發(fā)展需求，尤其是高端應用的紅外探測器仍依賴進口。在紅外技術(shù)領(lǐng)域、科研和生產(chǎn)分家是我國長期存在的一個問題，科研單位往往有很強的科技力量,但不少產(chǎn)品只停留在樣品、展品或小批量生產(chǎn)的水平上,看廣告各種產(chǎn)品一應俱全,市場需求時卻無法快速提供產(chǎn)品，大部分科研成果不能迅速地轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

（2）缺少規(guī)范化的行業(yè)標準體系
目前，在紅外光學鏡頭加工、紅外成像器整機測試等專業(yè)領(lǐng)域沒有統(tǒng)一的國家規(guī)范與行業(yè)標準，標準體系的不完善導致了相關(guān)領(lǐng)域低水平的重復研究、重復設計比較普遍，新產(chǎn)品推廣速度較慢。國家規(guī)范和行業(yè)標準的確立可以促進產(chǎn)業(yè)統(tǒng)一、協(xié)調(diào)、高效率地發(fā)展，是紅外技術(shù)在科研、生產(chǎn)和使用三者之間的橋梁。紅外技術(shù)產(chǎn)業(yè)中的科技成果只有在納入相應標準后才能夠迅速得以推廣和應用。

（3）產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，產(chǎn)品成本高
我國對紅外技術(shù)方面的研究主要集中在部分科研院所和高等院校。這些研究單位主要進行探測器陣列及其工藝的研究，無法形成規(guī)模量產(chǎn)；而眾多的經(jīng)營紅外產(chǎn)品的公司大部分只停留在制作一些外圍設備和開發(fā)一些軟件的業(yè)務上，研發(fā)實力弱，品牌影響力小。弱小的產(chǎn)業(yè)規(guī)模不僅直接導致了紅外產(chǎn)品成本較高，增加了產(chǎn)品推廣的難度，同時又制約了對紅外技術(shù)相關(guān)基礎研究的投入，形成惡性循環(huán)。

（4）市場牽引不足，應用領(lǐng)域有待進一步開拓
紅外技術(shù)產(chǎn)業(yè)的相關(guān)產(chǎn)品并不能完全適應市場的需要，潛在的市場需求尚待開發(fā)。紅外技術(shù)應用最多的是軍事、電力、消防等行業(yè)，只有將紅外技術(shù)自身的特點結(jié)合應用行業(yè)的具體需求，才能在更為廣闊的領(lǐng)域開發(fā)新的符合市場需求的產(chǎn)品，才能更好地服務于國民經(jīng)濟。如一美國公司的車載探測器，僅此一項應用市場定位準確的產(chǎn)品就達到量產(chǎn)數(shù)十萬臺的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，拉動了光學、電子、結(jié)構(gòu)等數(shù)個行業(yè)。而在我國類似規(guī)模的應用產(chǎn)品種類還不多，所形成的市場牽引還很不夠。

（5）光學材料及相關(guān)數(shù)據(jù)基礎薄弱
隨著國內(nèi)紅外系統(tǒng)的逐步推廣和應用，紅外光學材料也發(fā)展很快，國內(nèi)紅外材料生產(chǎn)單位也逐漸增多，但其光學參數(shù)大多采用國外數(shù)據(jù)，沒有一套完整準確的測量儀器和標準，性能偏差情況有待應用考證。一些材料具有較大偏差且欠穩(wěn)定；給應用帶來很多的不確定性。研制、生產(chǎn)工藝、測量等基礎薄弱對紅外系統(tǒng)產(chǎn)品的規(guī)?；l(fā)展有著一定的制約作用，是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展過程中需要著力解決的問題。

國內(nèi)的紅外產(chǎn)業(yè)化發(fā)展很快應用市場，而且已大量出口國外，這種市場發(fā)展趨勢，必將對中國的紅外技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到積極的推動作用，必將激勵和加快具有完全中國自主知識產(chǎn)權(quán)的紅外技術(shù)產(chǎn)品的問世，也必將帶來更廣闊的紅外產(chǎn)品應用市場。

綜合目前紅外技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進程在國際和國內(nèi)發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢，國家應從宏觀上對該行業(yè)加以支持和引導，使之步入良性的發(fā)展軌道，建立起政府、行業(yè)協(xié)會和企業(yè)間有效的協(xié)調(diào)機制，形成可以拉動國民經(jīng)濟增長的一個新的高技術(shù)領(lǐng)域。這就需要我們針對目前的客觀情況，在以下幾個方面擬定出臺一系列的宏觀措施來引領(lǐng)市場的發(fā)展。

紅外產(chǎn)業(yè)后續(xù)發(fā)展的思考和對策

（1）提升紅外技術(shù)基礎研究地位，      

隨著我國紅外技術(shù)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，尤其是在軍用領(lǐng)域面臨必須打破紅外設備關(guān)鍵技術(shù)受制于人的局面，有必要在高等院校、科研院所進一步提升紅外技術(shù)專業(yè)的研究地位，加大對紅外光學材料、紅外探測器等基礎產(chǎn)業(yè)的投入，改變?yōu)樾纬删哂形覈厣募t外技術(shù)產(chǎn)業(yè)提供堅實的技術(shù)支撐。

加大力度鼓勵創(chuàng)新，特別是原始創(chuàng)新，提高自主知識產(chǎn)權(quán)，保護國有產(chǎn)業(yè)的利益，提高國際市場競爭力；對目前國內(nèi)原創(chuàng)能力較弱的領(lǐng)域，提倡引進、消化、吸收再創(chuàng)新。對已有創(chuàng)新的領(lǐng)域要加大投入力度，形成有梯度、有側(cè)重的研究體系，重點發(fā)展探測器、光學配套等領(lǐng)域的基礎研究，形成有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心競爭力。
   （2）統(tǒng)籌規(guī)劃，推進紅外行業(yè)規(guī)范化發(fā)展
伴隨著紅外技術(shù)發(fā)展的需要，國家規(guī)范和標準所形成的體系能夠為該項技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化推進做好鋪墊；同時，規(guī)范的管理，可以兼顧產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中各個專業(yè)領(lǐng)域的協(xié)調(diào)發(fā)展，便于開展廣泛的配套協(xié)作，集中優(yōu)勢資源在不同類型產(chǎn)品上形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，提升紅外技術(shù)產(chǎn)品的國內(nèi)外競爭力。
   （3）重視市場需求的牽引作用，     

紅外產(chǎn)業(yè)曾具有軍品應用的特殊背景，但在民用市場發(fā)展中也需要以市場為主導，通過技術(shù)創(chuàng)新引導市場消費和應用方向，從而牽動整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國家應從宏觀的規(guī)劃中給予紅外技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項目以足夠的重視和適當?shù)恼邇A斜，行業(yè)協(xié)會應積極通過各種渠道和方式幫助企業(yè)拉近與市場需求的距離，而企業(yè)本身需要通過整合自身的資源，加強市場調(diào)研和信息收集，努力挖掘潛在的市場需求關(guān)系，拓寬產(chǎn)品應用領(lǐng)域。
   （4）鼓勵建設資源節(jié)約型、     
國家應鼓勵從事紅外產(chǎn)品的企業(yè)向規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，提高企業(yè)本身的生產(chǎn)效率，規(guī)范生產(chǎn)工藝流程，節(jié)約產(chǎn)品成本支出。加大在探測器、光學材料等領(lǐng)域的基礎投入，逐步建立產(chǎn)業(yè)良性的協(xié)調(diào)發(fā)展機制。在發(fā)展的同時，也要注意對資源的有效開發(fā)與利用，防止對生產(chǎn)和周邊環(huán)境產(chǎn)生的負面影響，在重視質(zhì)量、效率和規(guī)模的同時也要注意的產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。
   （5）加強市場引導和管理，     

國家科技部門，市場信息部門和經(jīng)濟管理部門要加強協(xié)作，建立紅外產(chǎn)品企業(yè)的市場規(guī)范，以規(guī)章制度對企業(yè)在市場中的運營方法進行規(guī)范；對市場信息進行收集，整理和發(fā)布，引導紅外企業(yè)在一個健康正確的方向發(fā)展，避免因為企業(yè)產(chǎn)品和應用領(lǐng)域的過度重疊帶來的惡性競爭。各企業(yè)間進行無縫協(xié)作的方式，實現(xiàn)資源有效利用，市場優(yōu)勢互補。在產(chǎn)業(yè)化的進程中，著眼于以市場定成本、以成本定設計、以設計定產(chǎn)品的發(fā)展思路，推進紅外技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展。

隨著紅外測溫技術(shù)的普遍應用，一種新型的紅外技術(shù)—智能（Smart）數(shù)字紅外傳感技術(shù)正在悄然興起。這種智能傳感器內(nèi)置微處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器與控制單元的雙向通信，具有小型化、數(shù)字通信、維護簡單等優(yōu)點。當前，各傳感器用戶紛紛升級其控制系統(tǒng)，智能紅外傳感器的需求量將會繼續(xù)增長，預計短期內(nèi)市場還不會達到飽和。作為專業(yè)的紅外元器件服務商，臺灣億光電子秉持“誠信、創(chuàng)新、和諧、卓越”的理念，以滿足客戶需求為第一優(yōu)先，持續(xù)不斷的改善制程，注重產(chǎn)能的靈活性與生產(chǎn)力，提升生產(chǎn)效率。建置完善的管理支持系統(tǒng)，嚴謹?shù)拇尕浌芾碚?，以系統(tǒng)化信息科技加強企業(yè)營運效率與決策流程，協(xié)同組織目標與行動，創(chuàng)造智能的企業(yè)。億光更戮力于LED技術(shù)的強化，包括產(chǎn)品亮度及效率的提升；開發(fā)新應用市場產(chǎn)品；產(chǎn)品布局多元化以提高競爭力，以及專利布局將智慧財產(chǎn)化等。

另外，隨著便攜式紅外傳感器的體積越來越小，價格逐漸降低，在食品、采暖空調(diào)和汽車等領(lǐng)域也有了新的應用。比如用在食品烘烤機、理發(fā)吹風機上，紅外傳感器檢測溫度是否過熱，以便系統(tǒng)決定是否進行下一步操作，如停止加熱，或是將食品從烤箱中自動取出，或是使吹風機冷卻等。隨著更多的用戶對便攜式紅外溫度傳感器的了解，其潛在用戶正在增加。而億光作為生產(chǎn)商，在這方面設計多種適合的產(chǎn)品

比如說紅外線技術(shù)在測速系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛應用，許多產(chǎn)品已運用紅外線技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)車輛測速、探測等研究。紅外線應用速度測量領(lǐng)域時，最難克服的是受強太陽光等多種含有紅外線的光源干擾。外界光源的干擾成為紅外線應用于野外的瓶頸。針對此問題，這里提出一種紅外線測速傳感器設計方案，該設計方案能夠為多點測量即時速度和階段加速度提供技術(shù)支持，如其方案可應用于公路測速和生產(chǎn)線下料的速度稱量等工業(yè)生產(chǎn)中需要測量速度的環(huán)節(jié)。
  紅外線對射管的驅(qū)動分為電平型和脈沖型兩種驅(qū)動方式，本系統(tǒng)中紅外傳感器選用脈沖型驅(qū)動方式。由紅外線對射管陣列組成分離型光電傳感器。該傳感器的創(chuàng)新點在于能夠抵抗外界的強光干擾。太陽光中含有對紅外線接收管產(chǎn)生干擾的紅外線，該光線能夠?qū)⒓t外線接收二極管導通，使系統(tǒng)產(chǎn)生誤判，甚至導致整個系統(tǒng)癱瘓。本傳感器的優(yōu)點在于能夠設置多點采集，對射管陣列的間距和陣列數(shù)量可根據(jù)需求選取。
  發(fā)射管選取SIR204-A型發(fā)射管，該紅外線二極管驅(qū)動電流范嗣為20～100 mA，其正向?qū)▔航禐?span lang="EN-US">1．3～1．5 V，發(fā)出紅外線光波長范圍約為835～930 nm，發(fā)射角度為30°，直射時紅外線光強度最大。發(fā)射管驅(qū)動電壓采用脈沖電壓，38 kHz載波頻率，發(fā)送時長為280 μs，占空比為1／2的方波，發(fā)送間隔為720 μs。載波脈沖需要與紅外線接收管的型號相匹配。紅外發(fā)射管能夠匹配光電晶體管、光敏二極管和紅外接收器模塊，紅外傳感器的接收部分選擇了帶有放大和濾波功能的紅外線接收二極管。發(fā)射部分的設計需要考慮到接收部分的制約。經(jīng)過驗證調(diào)制脈沖驅(qū)動電流能夠匹配紅外線接收管，將紅外線接收管導通。驅(qū)動發(fā)射管PWM的波形如圖l所示。

  圖2是紅外線發(fā)射管的驅(qū)動電路圖。脈沖信號由R29處輸入，通過NPN型三極管，從而控制紅外發(fā)射管VD3的通斷情況，本電路中單個紅外管驅(qū)動電流選擇值約為20 mA。由于NPN型三極管驅(qū)動電流低于20 mA，需在電路中加入P-mos管增強驅(qū)動能力。R18和R29的電阻值需要匹配，若2個電阻匹配不佳，會造成驅(qū)動脈沖波形毛刺較多，使二極管導通能力減弱，導通時間延遲增大。R18盡量大，能夠減少電路功耗，R18和R29都選用10 kΩ電阻。紅外線發(fā)射管的驅(qū)動不穩(wěn)定，會造成接收判斷失效，驅(qū)動電路的配置要根據(jù)實驗進行匹配。
  紅外線接收管內(nèi)部電路如圖3所示，紅外線接收二極管內(nèi)部電路將導通后微弱脈沖信號放大、濾波整形，輸出單片機可以識別的方波脈沖信號。該類型紅外線接收管導通波長范圍約為850～1 050 nm，紅外線發(fā)射管發(fā)射波長約為875 nm，能夠滿足紅外線接收管導通要求。

  紅外線接收管選用HS0038型的紅外一體接收頭，該器件集成度高，能夠以小成本實現(xiàn)圖3所示功能。紅外線接收管需要接收38 kHz左右?guī)挼拿}沖波形，接收發(fā)射管只能接收間歇發(fā)射的紅外線，發(fā)射紅外線過于密集，接收管無法導通，需要予以注意。紅外線發(fā)射管發(fā)出38 kHz載波，將紅外線接收管導通。該波形頻率為1 kHz，周期內(nèi)高電平時間720μs，低電平時間280μs。當有物體遮擋紅外線對射管時，發(fā)射源被遮擋，紅外線接收管無法導通，輸出高電平。由此可以判斷是否有物體從紅外線對射管中間通過。紅外線

接收管導通時的輸出波形如圖4所示。

  當紅外線接收管被正面遮擋時，周圍障礙物體反射由紅外線發(fā)射管發(fā)出的紅外線。此時微弱的信號會隨著紅外線接收管內(nèi)部自動增益控制調(diào)節(jié)到最大而產(chǎn)生方波波形，對紅外線接收管造成干擾。干擾使采集到的信號復雜，需要采用濾波手段將雜波干擾濾除。經(jīng)過分析和示波器觀察，雜波的頻率大于1 kHz。在紅外線接收管輸出端接入有源濾波電路，能夠?qū)⒏哂?span lang="EN-US">1 kHz的雜波濾掉。由此輸出的波形為紅外線接收管導通和未導通兩種狀態(tài)下的信號，未摻雜干擾，較容易區(qū)分，可以根據(jù)特點編寫算法，判斷是否有物體從紅外線對射管中間通過。
  控制軟件需要保證紅外線對射管一對一工作，且對信號采集處理，對采集的信號編寫算法程序，完成對物體是否遮擋紅外線對射管的判定，即分辨紅外線接收管是否被導通。通過單片機內(nèi)部計數(shù)器計取脈沖個數(shù)，可以將物體遮擋某個紅外線接收管的時間記錄下來。程序流程如圖5(a)所示，需要不斷判定第一個紅外線接收管的輸出狀態(tài)，當確定有物體遮擋時，將開始標志位置為1，單片機開始讀取其他接收管狀態(tài)，同時啟動定時器，下一對紅外線對射管的接收管被遮擋停止計時。紅外線發(fā)射管按順序依次發(fā)射紅外線，處理單元依次讀取紅外線接收管狀態(tài)，可以防止鳥或人無意遮擋引起的誤判現(xiàn)象。判斷有物體遮擋的程序思想為判斷1 ms內(nèi)，是否有物體遮擋，若沒有物體遮擋，紅外線接收管輸出的脈沖波形保持不變；若有物體遮擋，紅外線接收管輸出高電平持續(xù)1 ms以上。紅外線接收管輸出狀態(tài)是否為高電平，可以判斷是否有物體遮擋。當按順序掃描的前一對紅外線對管被判定遮擋時，開始掃描下一對管子的脈沖個數(shù)，同時開啟定時器。延時50 μs，判定接收管接收到的是否為脈沖，判定是否為脈沖則需要判定引腳是否為低電平，如果引腳為低電平，計數(shù)值清零。計數(shù)值并不是計數(shù)器的值，而是計算延時50μs的次數(shù)是否達到28。

當判斷相應的接收管被遮擋時，相應的紅外線對管序號累加。程序流程如圖5(b)所示。
  紅外線對射管構(gòu)成一對紅外傳感器收發(fā)子單元。若干對紅外傳感器收發(fā)子單元構(gòu)成完整的紅外線測速傳感器，其紅外線對射管分離距離和紅外傳感器收發(fā)子單元間距可以調(diào)整。如圖6所示，Ⅳ需要大于2，分離距離超過5 m。在兩對紅外線對射管之間測量物體經(jīng)過的時間T，間距設置為L，可以得到后一對紅外線對射管的即時速度V：

  紅外線對射管方法，能夠動態(tài)地反應物體運動經(jīng)過紅外對管時的即時速度和階段加速度。紅外線在速度測量中的應用，可以作為其他設備或者系統(tǒng)的技術(shù)支持，為后續(xù)的設備校準和分析提供數(shù)據(jù)準備。CD4051等模擬開關(guān)芯片可以作為增加測量點數(shù)量的編碼、譯碼器，控制紅外線接收管一對一工作，得到精確采樣點的速度和階段的加速度的信息。完整的速度測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括傳感器、處理單元以及人機交互單元，適合于小型企業(yè)和研究所。紅外線對射管工藝上，不需要嚴格的管子對射標準，紅外線對射管間距加工略有偏差不影響測量精度和紅外線對射管導通。

隨著家用電器、視聽產(chǎn)品的普及，自動化辦公設備的廣泛應用和網(wǎng)絡化的不斷發(fā)展，越來越多的產(chǎn)品具有了待機功能（如遙控開關(guān)、網(wǎng)絡喚醒、定時開關(guān)、智能開關(guān)等）。產(chǎn)品的待機功能實現(xiàn)遙控操作，極大地方便了我們的生活，但也浪費了大量的能源。利用本系統(tǒng)可以良好的達到節(jié)能和環(huán)保的效果。同時在家庭或工業(yè)控制現(xiàn)場，一些手動操作不太方便的場合，可以使用現(xiàn)有遙控器通過設置代替手動操作，比如可以利用家中現(xiàn)有的彩電遙控器，控制其它沒有遙控功能的電器（如電燈、計算機、音響、電腦、打印機、飲水機、熱水器等），方便生活。

紅外發(fā)射管 遙控接收頭 二極管 臺灣億光電子

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