高精度红外热像仪

红外测温技术作为我国科技创新规划和新兴战略产业的重点关注领域，近年来，国家和各级政府相继发布各项政策，助力和推动红外测温行业的高质量可持续发展。红外测温技术应用广泛，如何保障其测量准确性数据显示，在2021年，我国红外测温市场规模就达到650亿元。红外测温行业飞速发展，在研发、工业检测与设备维护的应用范围愈来愈广泛。市场对红外测温类产品的需求也在逐年增加之中，红外测温仪器在科研、医疗、电子建筑等各行各业中发挥着举足轻重的作用。众所周知，红外测温仪器的广泛应用与其测量准确密不可分。那么此类仪器的准确测量是如何实现的呢？这里不得不提到一款仪器——红外校准源，也就是我们俗称的黑体炉。为什么黑体炉被更多选择与其他红外校准方式相比，黑体炉这一仪器校准方式有诸多优势：1、温度稳定性高。黑体炉具有出色的温度稳定性，这意味着在红外校准过程中，其能够保持恒定的温度，从而提供稳定的红外辐射源。这有助于确保校准结果的准确性和可靠性。2、操作简便。黑体炉通常采用触摸屏操作，界面简洁直观，使得操作过程变得简单方便。此外，其体积小、重量轻的特点也便于携带，不仅适用于实验室校准，也适用于现场校准工作。3、抗干扰能力强。黑体炉采用先进的技术设计，具有强大的抗干扰能力。这有助于在复杂环境中保持校准结果的准确性和稳定性，提高红外测温的可靠性。除此，部分黑体炉还有测温范围广，升降温速度快，以及耐用性和可靠性强等优点。华盛昌提供优质解决方案华盛昌新推出了两款红外校准源——专业高精度标准红外校正源BXL-500和BXC-15很好地融合众多优点，用心打造研发，为用户提供一个高效、准确、稳定、耐用的红外校准体验。BXL-500是一款测重于高温段的专业高精度标准红外校正源，简洁大气的外观设计，体积轻便，配有可提的把手，方便移动位置，除此之外，它还具有诸多优点：1、超广高温量程。35°C到500°C的超广高温量程，可以适应多种辐射温度计、红外测温仪、红外热像仪等设备的检定需求，具有广泛的应用范围。2、大面源面板。配有6英寸的大面源面板，能够提供足够的辐射面积，提高校准的准确性和可靠性。3、升降温速度快。BXL-500升温、降温速度快，能够很好地提高工作效率，减少能源消耗，同时可获得更为准确的测量结果。4、高精度、重复率好。能够更好保证测量结果的稳定性和一致性，提高测试的精度和可靠性，有效降低校准成本和时间。5、读数清晰直观。采用彩色触摸大屏显示，数据、信息清晰可见，直观易读，而且操作简单方便，易上手。BXC-15则是一款偏重于低温段的专业高精度标准红外校正源，结构紧凑，配有可收缩的把手，整体造型简洁大方。同样采取彩色触摸大屏设计，方便读数和操作。它可以实现-15℃到120℃的超广量程测量，可满足多种需求场景的应用。另外，这款BXC-15使用的是3.26英寸（83*83mm）的面源，高精度，很好地保证了测量结果的准确和可靠，升温和降温速度也快，可有效降低能源消耗，大大提升工作效率。

随处可见，红外设备飞入寻常百姓家2020年以来，红外热像仪行业经历了一场蓬勃发展的浪潮，突如其来的新冠疫情让无接触精准测温的红外热像仪设备遍布了社会的各个角落。在需求保持强劲增长趋势的背景下，高德红外、大华股份、海康威视等多家企业调整业务布局，快速进入红外热像仪测温设备市场，推出了一系列的红外热像仪测温设备，在疫情防控中发挥了巨大的作用。视频详情：走在抗“疫”前线的红外测温仪制造企业企业介绍中国电子科技集团有限公司（中国电科）2020年2月13日，为应对疫情，中国电科研发推出的“全过程无接触测温安检”“疫情区应急作业无人机”“密切接触者测量仪”等多款科技产品投入战“疫”一线，服务疫情防控。为满足疫情防控“早发现”需求，中国电科博微太赫兹公司在其利用太赫兹技术自主研发的智能安检系统基础上，又紧急研发出应对大客流的安检测温设备--“全过程无接触测温安检”一体机。疫情期间在上海地铁2号线率先启用，通行效率从300人/小时提升至1500人/小时，有效缓解了地铁人流聚集压力。此后在其他城市地铁、大型活动场馆、医院、海关、机场等投入使用。杭州海康威视数字技术股份有限公司海康威视于2008年开始热成像技术研发，并在2016年推出全系列热成像产品。2020年1月22日，在获悉湖北红外测温仪仍存在短缺情况后，海康威视又连夜调拨40台红外测温设备驰援武汉。该批产品已被安装在武汉市第七医院等地，协助进行高精度体温筛检。后续，海康威视陆续推出了适合多种场景的测温方案，并把价格控制在两三千到万元，做到即使小批量订单也做到随时发货。武汉华中数控股份有限公司华中数控在该领域长期耕耘，产品早在2003年非典就发挥重要作用，有近二十年历史，年销售收入在3000万元左右，国内市占率一直排名靠前。据悉，华中数控也负责了武汉雷神山医院“红外热成像智能体温检测系统”的主调试维护，同时国家工信部给与华中数控900台红外体温监测仪的生产任务。在经历了一次原材料告急之后，目前产能已爬升至100台/天以上。聚光科技（杭州）股份有限公司该公司旗下杭州谱育科技发展有限公司制造的AI智能型红外热成像分析系统使用非接触红外测温原理，有效辨别温差，可避免其他高温物体的干扰，具备效率高、精度高，智能识别等优点，可进行大面积监测筛查工作，快速精确识别高温人员。疫情期间其近百套由谱育科技制造的AI智能型红外热成像分析系统先后在北京首都机场、北京大兴机场等京津冀、长三角的机场、车站、医院等人员流动密集区域投入使用。武汉高德红外股份有限公司截至2020年2月，武汉高德红外股份有限公司复工员工已达1500人，占全部员工数的70%。近 2000余台高德红外人体测温产品安装到了包括武汉天河机场、武汉高铁站、湖北省人民医院、北京大兴国际机场、成都双流机场、成都东站、广州白云机场等在内的人流密集公共场所。天津九安医疗电子股份有限公司九安医疗电子股份有限公司研发中心技术立项横跨血压数据监测、血糖数据监测、体温数据监测、心血管系统监测等众多生理参数监测领域，以及脉冲、激光、红外、加热、生物电、物理、针灸等保健治疗领域。2020年1月28日，天津九安医疗电子股份有限公司已经全速投产。由于大量工人还在休假中，企业对在津管理人员和家属等200余人紧急进行了岗前培训，下线支援生产，红外测温仪日产量可达到5000个。浙江大立科技股份有限公司大立科技是专业从事非制冷红外焦平面探测器、红外热成像系统、智能巡检机器人、惯性导航光电产品研制的高新技术企业。是国内少数技术自主可控、完全知识产权、独立研发；从生产热成像核心器件、机芯组件到整机系统制造，并具有 完整产业链的专业制造商之一。2020年1月29日，工业和信息化部电子信息司组织浙江大立科技股份有限公司尽快向疫区供货，支援疫区前线。疫情期间支援了武汉中南医院、无锡机场、湖州火车站、温州机场火车站、上海中心大厦、深圳证交所、深圳医院、萧山机场等地。浙江大华股份有限公司大华热成像系统整体上采用高精度热成像摄像机+黑体方案，通过黑体的实时测温矫正保证相机测温精度。在热成像摄像机核心探测器上采用400*300分辨率探测器，实现更高图像质量、更大视场角与更广测温覆盖范围。在宜兴市政府，大华超高精度人体热成像测温系统经过现场测试实际温度，并与医用测温仪进行核验，误差仅在±0.1摄氏度。疫情期间大华超高精度人体热成像测温系统成功在杭州东站地铁站、上海火车站、上海虹桥机场、上海浦东国际机场、石家庄地铁、上海市政府、上海市公安局、湖北汉川医院、中南大学湘雅医院、上海市胸腔科医院等落地应用。烟台艾睿光电科技有限公司科创板企业睿创微纳的子公司烟台艾睿光电生产的在线式精确测温红外热像仪测温精度达±0.3℃，能在机场、火车站等公共场所快速筛查疫情发热人群。其生产的 AT300在线式精确测温红外热像仪和LT384网络型测温红外热像仪，疫情期间部署于机场、火车站、地铁、医院、学校等交通枢纽和公共场所。广州市倍尔康医疗器械有限公司广州市倍尔康医疗器械有限公司是一家致力于红外线传感技术研发、生产、销售和服务于一体的高新技术企业，是全球最大的“智能体温计”生产商之一。公司旗下有倍尔康(Berrcom)、裕港（Rycom）、心诺美迪（Snomd）三大品牌。在红外热像仪领域，高德红外以其卓越的竞争优势独领风骚。2020年，该公司的红外热像仪业务收入高达28.86亿元，展示了其在市场中的强大实力。此外，海康威视、睿创微纳和大立科技等民营企业也在迅速崛起，逐渐成为市场的重要参与者。回顾过去，在八九十年代，瑞典AGEMA、美国BAE、日本NEC等国外巨头长期在我国红外热像仪市场占据主导地位，他们通过强大的技术和品牌优势获取了大量的市场份额和利润。然而，随着时间的推移，这种情况逐渐发生了变化。疫情的爆发为国内红外热像仪厂商提供了重要的机遇。2020年，中国几大热成像实力厂商的市场占有率总和达到了44%，几乎占据了全球红外热像仪整机出货量的一半。这些中国厂商不仅满足了国内对红外热像仪的巨大需求，还积极拓展全球市场，展现出了强劲的发展势头。随着科技的持续创新和市场的需求不断增长，全球红外热像仪行业在近几年迎来了快速的发展。根据数据显示，2022年我国红外热像仪行业的总体市场规模达到了640.18亿元，并且预计在未来将以12%左右的年均复合增长率增长，到2025年市场规模将达到约930亿元。这一趋势反映了红外热像仪在各个领域的应用越来越广泛，并且市场需求持续增长。科技的不断进步为红外热像仪的制造和应用提供了更多的机会和可能性。同时，中国市场对红外热像仪的需求也在不断增长，成为全球红外热像仪市场的重要推动力。当前红外热像仪市场的价格波动主要受多方面因素影响，其中技术创新、市场需求、原材料价格等都在不同程度上对行业价格形成产生影响。然而，红外热像仪行业的发展受到更为深刻的变革所驱动，技术革新和市场拓展已经成为推动行业进步的核心动力。多点开花，场景应用升级未来可期由于仪器价格昂贵，且早先技术成熟度有限，最早的时候红外热像仪主要应用在军事领域，其最重要的应用是昼夜观察和热目标探测。直到20世纪60年代，随着低成本非制冷探测器的发展与成熟，才逐步被应用到民用领域，民用红外热像仪总消费额市场，自2014年起复合年增长率约10.3%，增长速度要高于军用领域。具体来看，其民用领域包括：电力检测、半导体检测、工业控制、医学诊断、安防、无人驾驶等。在工业领域，红外热像仪不仅可以预警设备故障，还能提高生产效率，降低能源浪费。例如，在冶炼行业中利用红外热像仪对高炉表面进行分区块的检测，并通过红外分析软件，可对得到的热图像进行温度分布的分析；在电子工业领域红外热像仪可在电路板研发初期对整个电路的温度分布情况进行掌控，方便工程师进行合理布局。在医疗领域，红外热像仪能够迅速测量人体体温，对于传染病的防控具有重要意义，如利用红外热像仪在海关出入境检疫口岸对大量出入境人群的体温进行非接触式快速测量，根据体温的变化及时发现病患，在SARS和禽流感期间发挥了巨大的作用。此外，在消防和安防领域，红外热像仪也在提高救援效率和保障安全方面发挥着不可替代的作用。其中，消防领域是世界上发达国家红外热像仪最大的民用市场。由于红外成像的透烟雾及测温特性，红外热像仪可应用于消防的火场救生和检测设备，用于确定火焰中心位置、燃烧程度和蔓延情况。随着智慧消防的推进，消防车和消防人员配备红外热像仪将成为趋势，消防市场或将成为红外热像仪最有前景的发展方向。红外探测在民用领域的应用应用领域主要用途安防监控广泛应用于商场、社区、银行、仓库等安全敏感区域的视频安全监控，尤其是夜间防范。个人消费普遍应用于户外探险、野外科考等活动，目前有部分厂商开发出手机外插件式成像仪，可用于日常测温、个人娱乐等。辅助驾驶安装于车、船等交通工具上，通过显示红外热像，为驾驶员提供前方路况的辅助观测信息，进而规避雾霾、烟尘、暴雨等道路交通安全隐患。车载热成像仪未来将是非常巨大的民用市场。消防及警用在地震、火灾、交通事故、飞机事故、海难等各种事故中用于搜索救援，警务人员可在夜间或隐蔽的条件下实施搜索、观察或追踪等。工业监测几乎可用于所有工业制造过程控制，尤其是烟雾环节下生产过程的监控、温控，有效保证产品质量和生产流程。电力监测用于观测机械及电气设备的运作状态，将设备故障以温度图像的形式表现出来，可以在设备高温损毁前找到危险源,提前进行检修 从而提高设备生产能力、降低维修成本、缩短停工检修时间。医疗检疫通过观测受病体或病变组织的温度差异情况，在群体中区分病体进行检查，在2003年的SARS疫情及之后的禽流感、甲型HIN1流感疫情防治中，红外热成像仪的应用对及时发现病体、避免疫情蔓延起到了至关重要的作用。此外，随着技术的不断发展，红外热像仪的应用领域还在不断扩展，如在无人机、自动驾驶、智能家居等领域也有着广阔的应用前景，这些多元化的应用领域为红外热像仪行业带来了巨大的市场潜力。与时俱进，人工智能引领产业变革红外热像仪的核心技术在于红外热成像技术，我国红外热成像技术起步极晚，真正进入大众视野是红外体温计的大面积应用。近年来，随着科技的进步，其性能不断提升，创新也在不断涌现，当前已经融入到工业测温、科学研究、石化产业、辅助驾驶及物联网等领域中，高分辨率、高灵敏度、多波段、智能分析等技术也成为了行业的发展方向。高分辨率技术的突破，使得红外热像仪能够更准确地捕捉温度变化，提升了测温精度和图像质量；高灵敏度技术则使得红外热像仪在低温差环境下仍能高效工作，适应更多的应用场景；多波段技术的引入使得红外热像仪可以捕捉不同波长的红外辐射，提供更多信息，满足不同领域的需求。近年来，伴随着行业智能化普及推进，智能分析技术也开始在红外热像仪设备中全面渗透，它不仅让监控设备具备自主感知、图像识别、深度学习能力，将安防监控的事后取证延伸到事前预警、事中快速处置、事后海量数据的证据链的检索等，从而极大程度提升监控的效率。在红外摄像机上加入智能分析功能，最大限度的解放了人力，目前它不仅实现对事件结果的高效分析和融合应用，还可以形成对事件内在发展规律的结果输出，辅助科学决策，快速解决实际的问题。当前在国内，很多红外热成像摄像机都加入了智能分析的功能，前端智能化已成为整个行业的未来和趋势，尤其是2023年初ChatGPT等人工智能技术热度的不断狂飙，红外热像仪行业发展将持续高歌猛进。深耕技术，创新是企业长盛不衰的源泉然而，快速的市场发展也带来了一系列挑战，如技术标准的频繁更新、市场需求的多样化、售后服务的提升等。在这种竞争环境下，企业需要不断创新，提升产品性能和质量，同时加强与用户的沟通和合作，以更好地满足不同行业的需求。高德红外是一个典型的例子，展示了在红外技术为核心的高科技创新行业深耕细作并坚持创新驱动发展的成果。在2018年至2022年期间，高德红外的研发费用分别为2.12亿元、2.58亿元、4.55亿元、3.71亿元和4.13亿元。如果加上2023年一季度的数据，近六年来公司的研发投入总额已超过18亿元，每年的研发投入占公司销售额的10%左右，投入力度持续加大。高额的研发投入为高德红外在红外领域带来了强大的竞争力和话语权，为公司带来了丰厚的回报。通过持续的技术创新和研发投入，高德红外已经完全掌握了集光、机、电、图像处理于一体的红外热像仪全系统设计技术，处于行业领先地位。目前，高德红外拥有国内专利12项，国际专利5项，专利申请权6项，以及计算机软件著作权1项。这些专利和知识产权的积累，进一步提升了公司在红外技术领域的竞争力。另外，排名第二的海康威视在研发费用和研发费用率的持续上升方面也表现出色。2018年至2022年期间，海康威视的研发费用分别为44.83亿元、54.84亿元、63.79亿元、82.52亿元和98.14亿元，而研发费用率分别为8.99%、9.51%、10.04%、10.13%和11.80%。在大额研发费用的投入下，海康威视的发明专利数量和研发人员数量也有了明显的增长。这一趋势表明，领先企业的研发投入对于推动企业乃至全人类的技术进步产生了切切实实的影响。海康威视的成功展示了持续的技术创新和企业研发投入对于一个企业的竞争力和行业地位的重要性。通过不断的技术创新和人才积累，海康威视在安防监控领域取得了卓越的业绩，并持续引领着行业的发展。当前，我国红外热像仪的渗透率仍然较低，然而我们对行业未来的发展充满信心。从技术角度来看，红外热像仪的发展目前还远未达到极限，这众多领域拥有广阔的发展空间和无限的可能性。未来，随着科技的不断进步和市场的不断拓展，红外热像仪的应用领域将更加广泛，市场需求也将持续增长。

疫情期间使得红外热像仪的市场大大增加，在商场、机场、火车站等人流密集的地方随处可见，无需接触即可准确测量人体温度。那么红外热像仪是怎样工作的呢？本文对有关知识做简要介绍，以飨读者。红外热像仪，是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的红外光转变为可见的热图像，热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。使用红外热像仪，安全——可测量移动中或位于高处的高温表面；高效——快速扫描较大的表面或发现温差，高效发现潜在问题或故障；高回报——执行一个预测性维护程序可以显著降低维护和生产成本。但在疫情爆发之前，红外热像仪在工业测温场景使用得更广泛，需求也更稳定。在汽车研究发展领域——射出成型、引擎活塞、模温控制、刹车盘、电子电路设计、烤漆；在电机、电子业——电子零组件温度测试、印制电路板热分布设计、产品可靠性测试、笔记本电脑散热测试；在安防领域的隐蔽探测，目标物特征分析；在电气自动化领域，各种电气装置的接头松动或接触不良、不平衡负荷、过载、过热等隐患，变压器中有接头松动套管过热、接触不良（抽头变换器）、过载、三相负载不平衡、冷却管堵塞不畅等，都可以被红外热像仪及时发现，避免进一步损失。对于电动机、发电机：可以发现轴承温度过高，不平衡负载，绕组短路或开路，碳刷、滑环和集流环发热，过载过热，冷却管路堵塞。红外热像仪通过探测目标物体的红外辐射，然后经过光电转换、电信号处理及数字图像处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像。分为以下步骤：第一步：利用对红外辐射敏感的红外探测器把红外辐射转变为微弱电信号，该信号的大小可以反映出红外辐射的强弱。第二步：利用后续电路将微弱的电信号进行放大和处理，从而清晰地采集到目标物体温度分布情况。第三步：通过图像处理软件处理放大后的电信号，得到电子视频信号，电视显像系统将反映目标红外辐射分布的电子视频信号在屏幕上显示出来，得到可见图像。在不同的应用领域，对于红外热像仪的选择有不同的要求，主要考虑因素有热灵敏度——热像仪可分辨出的最小温差（噪音等效温差）、测量精度。反应到电路上，最应注意的既是第二步电信号的放大和采样。实际上，从信号处理，到数据通信，到温度控制反馈，都有较大的精度影响因素。红外热像仪的电路框图如图所示，基本工作步骤为：FPA探测器——信号放大——信号优化——信号ADC采样——SOC/FPGA整形与预处理——信号图形及数据显示，其间伴随TEC（热电制冷器）对探测器焦平面温度的反馈控制。热像仪中需要采集的信号为面阵红外光电信号，来源于红外探测器，通过将红外光学系统采集的红外信号FPA转换为微弱电信号输出，选择OP AMP时需要注意与FPA供电类型匹配及小信号放大。根据红外热像仪的使用场合，去选择适合的运放，达到最优的放大效果和损耗最小的放大信号。运放的多项直流指标都会直接影响到总的误差值。比如，VOS、MRR、PSRR、增益误差、检测电阻容差，输入静态电流，噪声等等。需要根据实际应用的特点，择取主要误差项目评估和优化。比如 CMRR 误差可以通过减小 Bus 电压纹波优化。PSRR 误差,可以通过选用 LDO 给 OPA 供电优化。提供一个好的电源，LDO 的低噪声和纹波更利于设计，选用供电LDO。在图三中的光电信号放大处，使用了TPH250X系列的OP AMP，特点是高带宽、高转换速率、低功耗和低宽带噪声，这使得该系列运放在具有相似电源电流的轨对轨 输入/输出运放中独树一帜，是低电源电压高速信号放大的理想选择。高带宽保证了原始信号完整性，高转换速率保证了整机运算的第一步速度，低宽带噪声保证了FPGA/SOC处理的原始信号的真实性。对于制冷型红外探测器，热电制冷器必不可少，它保障了FPA探测器的焦平面工作温度温度的稳定和灵敏，对于制冷补偿的范围精度要求较高。用电压值表示外界设定的FPA工作温度，输入高精度误差运放，得出差值电压，经过放大器运算后，对FPA进行补偿，从而使FPA温度稳定。在该系统中，AD转换芯片的性能决定了FPA的相位补偿量，决定了后端红外成像的质量。根据放大后输出信号的电压范围和噪声等效温差及响应率，可以计算AD转换芯片的分辨率，此处使用了16 bit高分辨率的单通道低功耗DAC，电源电压范围为2.7V至5.5V。5v时功耗为0.45 mW，断电时功耗为1 μW。使用通用3线串行接口，操作在时钟率高达30mhz，兼容标准SPI®、QSPI™和DSP接口标准。同时满足了动态范围宽、速度快、功耗低的要求。对于一般的工业红外热像仪的补偿来说，TPC116S1已经足够。此外，对于整体的供电而言，FPGA/SOC的分级供电，电源管理芯片的选择要适当。对于运放和ADC的供电，为减小误差，需要低噪声的LDO，以保证电源电压恒定和实现有源噪声滤波。LDO输出电压小于输入电压，稳定性好，负载响应快，输出纹波小。具有最低的成本，最低的噪声和最低的静态电流，外围器件也很少，通常只有一两个旁路电容。而在总体的供电转换中，使用了DCDC——TPP2020，它的宽范围，保证了电源设计的简洁。内置省电模式，轻载时高效，具有内部软启动，热关断功能。DC-DC一般包括boost（升压）、buck（降压）、Boost/buck（升/降压）和反相结构，具有高效率、宽范围、高输出电流、低静态电流等特点，随着集成度的提高，许多新型DC-DC转换器的外围电路仅需电感和滤波电容，但是输出纹波大，开关噪声较大、成本相对较高，故在电源设计中，用量少且尽量避开灵敏原件，以避免对灵敏原件的干扰。红外热像仪既可以走入民用，成为各个家庭的健康小帮手，也可以是精密工业电子的好伙伴。面对不同的市场，组成它的电子元器件也有不同的选择。而不变的是，精密的设计对于真实的反映，特别是模拟器件。