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红外技术的现状和未来

2008-10-11 10:36
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红外技术的现状和未来


作者:曾聪

 

    红外线自1800年被发现以来,人们对她的研究从来没有停止过,目前已经开发出了众多的应用产品,从医疗、检测、航空到军事等领域,几乎处处都能看到红外的身影。但人们对她的研究仍然延续,时不时出现的新发明新应用,带给我们惊讶与感叹,人类对这座宝藏的开发还远远不够,红外产业还有广阔的扩张空间!


红外应用产品种类繁多,非一篇文章所能描述,本文仅选择红外热像、红外摄像、红外通讯、红外光谱仪、红外传感器等几个比较大的领域做介绍。

 

    红外热像仪

 

    红外热像仪行业是一个发展前景非常广阔的新兴高科技产业,也是红外应用产品中市场份额最大的一块,在军民两个领域都有广泛的应用。红外热像仪在现代战争条件下的卫星、导弹、飞机等军事武器上获得了广泛的应用。同时,随着非制冷红外热成像技术的生产成本大幅度降低,该产品的应用已延伸到了电力、消防、工业、医疗、安防等国民经济各个部门。


    过去国内市场一直由FLIR、FLUKE等国外知名企业占领。不过最近10年来,这个领域发生了可喜的变化,国内红外热像仪企业在产品技术、性能和质量等方面的改进,市场份额逐步扩大,涌现出了大立科技、昆明北方红外、武汉高德、飒特红外等知名企业,经过这几年的发展,已经积累相当的技术力量。


    目前国产产品在性能上已经和进口产品接近,但进口产品的价格高出国内产品50%以上。随着红外热像仪在消防、电力、建筑等行业的扩张,国际民用红外热像仪行业迎来了市场需求的快速增长期。2004年全球民用红外热像仪及系统产量约为5万台,而2006年,仅FILR公司就取得了宝马汽车公司为其新款7系列轿车配备的红外热像仪订单,并获得了美国政府35万台的出口许可申请。2006年全球民用红外热像仪的销售额为16.3亿美元,同比增长17.35%。


    据美国著名高科技行业咨询公司Maxtech International的预测,未来5年全球民用红外热像仪市场需求年均增长率将达到15%,到2012年,全球民用红外热像仪的市场需求将达到38.12亿美元。由于国内经济高速发展,中国红外热像仪市场的年均增长率可以达到20%,预计2011年中国民用红外热像仪市场的需求量可以达到9.95亿元。以美国为例,2000年,美国红外成像与红外测温系统的市场销售总额为18.2亿美元,比1999年增长了3%,预计到2008年,总的市场销售额将达到28.2亿美元,年综合增长率达到6.5%。

 

   “我国红外热像仪市场还处于起步阶段,未来发展空间巨大。”中国光学学会常务理事兼秘书长倪国强先生在中国光电产业高层论坛上表示:在发达国家的军用领域,红外热像仪已得到非常广泛的配置,例如海湾战争中平均每个美国士兵配备1.7具红外热像仪。与发达国家相比,目前我国军队中红外热像仪的应用相对较少,其市场远景需求量相当巨大。随着高性能多色红外焦平面以及智能灵巧型片上图像处理技术的发展,预计这一比例还将继续走高。


    红外摄像机

 

    随着北京奥运会、上海世博会、广州亚运会等国内大型活动的增加,对安全的要求越来越严格,越来越多的场所需要24小时持续监控。红外线在夜间监视的应用更加突出,不仅金库、油库、军械库、图书文献库、文物部门、监狱等重要部门采用,而且也在一般监控系统中也被广泛采用,甚至居民小区监控工程也应用了红外线摄像机。带动了红外摄像市场持续升温。


    根据2006年的一份调查报告,相比红外热像仪,红外摄像机的技术门槛不高,目前大部分国内市场被国内品牌占据,外国品牌只占据了一部分高端市场。从国内红外摄像机分布来看,深圳最多,占总数的64%,与东莞、浙江形成了我国的三大产业基地。


    我国的红外摄像企业以生产、贸易为主,能够自主创新的不多。未来提高自主研发能力将是发展的主要方向,只有这样才能向全球扩张、赚取更高的利润。


    红外通讯


    传统的红外通讯应用主要在与家电和汽车防盗遥控器方面,由于调制技术、相关收发器技术的快速发展,红外传输应用也发生了质的飞跃。1993年国际红外线协会在美国成立,积极整合建立红外传输的标准,极大地推动了红外产品的发展。
2000年全球已有1.7亿台配有国际红外线协会模组的电子产品进入市场,尤其在电子游戏机市场有极大的潜力。2001年,在信息收发模组方面,由于国际红外线协会模组的价格已从早期的5美元降至2美元,国际大厂纷纷在亚太地区一些劳动力相对低廉的地方寻求加工场所,估计年产值将有1亿多美元的规模,当时一些IC设计公司、系统与应用软件厂商已积极投入应用产品的研究与生产,目前已经形成一定规模。


    个人笔记本、PDA、数码相机等产品的普及带动了红外传输的发展。国际红外线协会1994年推出了1.0版红外线资料交换标准,传输速度为115.2Kbps,目前的最大传输速度最大速率已达4Mbps以上。2006年,红外无线技术已经有了庞大的用户群。当时红外数据通讯技术(IRDA)已拥有每年一亿五千万套的设备安装量,并且它保持着每年40%的高速增长。网舟咨询在近期发布的《无线短距离通讯技术市场研究报告》中认为,强劲的增长数字表现在全球范围内厂商对于红外通讯仍持有的乐观态度,红外通讯技术已被全球范围内的众多软硬件厂商所支持和采用,目前主流的软件和硬件平台均提供对它的支持。手机市场上,各大主流厂商也早已在其产品中配套支持了红外通讯技术。从当前的情况来看,红外技术无论是从应用覆盖度,技术成熟度和用户接受度来说,都在各类无线通讯技术中处于领先地位。


    在遥控器市场方面,市场研究机构Instat公司预测,2005年,全球应用于IrDA领域的8位控制器的单位出货量将达到2.06亿个,到2009年将达到3.73亿个。据介绍,Zilog公司自1993年进入远程控制市场以来,产品销量以超过2.75亿,2004年公司交付了大约4,000万片的IrDA相关芯片。目前,公司的IrDA芯片的解决方案型号已超过12,000种,所服务的遥控器品牌也超过1,300种,客户包括飞利浦、三星、索尼、Yamaha,东芝,微软等。目前全球万能红外遥控器市场占到了70、80%的市场份额,特别是在欧美市场等。

 

    红外光谱仪

 

    红外光谱仪主要用于化学物理分析领域,可应用于各种物理化学实验室、石油、农业、检测等领域。按应用范围可分为通用型红外光谱仪和专用红外光谱仪,按波长范围分可分为近红外光谱仪和远红外光谱仪,目前以近红外光谱仪为主。现代近红外光谱分析技术包括了近红外光谱仪、化学计量学软件和应用模型三部分。只有三者的完美结合才能达到高性能的要求。目前近红外专用光谱仪器的研制及应用在国内已受到很多专家的关注,并已开发研制出一批适应国内分析对象的仪器及应用软件。如,中国石油科学院的一批年轻学者在陆婉珍院士的带领下,研制和开发出了有我国自主知识产权的近红外专用光谱仪器及其在我国石油科学中应用的一些软件;以北京农业大学严衍禄教授领导的“中国农业近红外分析技术网络系统”课题已完成,研制和开发了有自主知识产权的、适用于中国农业品品质的分析的软件;相秉仁教授在中国药科大学分析计算中心建立了Internet近红外光谱分析虚拟建模中心,进行近红外光谱分析的建模和数学模型维护等工作,并建立了一些中草药近红外分析的数学模型。


    06年初,国家食品药品监督管理局(SFDA)通过招标的方式订购了总计超过300余台进口傅立叶变换近红外光谱仪。财政部当时加上后续的维护费,拨了共 5亿人民币的资金。假如能够实现国产的话,可以节省一大笔外汇。我国目前的相关企业有聚光、英贤、大连依利特、东西电子、普析通用等,主要做低端产品,高端产品还无法和国外抗衡。


    国产的通用型红外光谱仪FT–IR主要是北分瑞利分析仪器公司引进的美国Analect公司技术生产的几种不同型号的、不同档次的产品,但是量很少。专用红外光谱仪方面,近红外光谱的一些专用红外光谱仪在国内有较大的潜在市场,主要是在农业中农产品品质分析和石油化工中石油产品生产过程中质量控制及产品品质分析中有很大的市场。但是由于近红外分析需要根据分析对象引入一些数学模型,分析对象不一样,其数学模型也有所不同。因此,国外的近红外专用光谱仪所带的分析软件(是根据国外的分析对象的数学模型设计的),并不一定适合于国内的分析对象,致使近年来引进的一些近红外专用光谱仪器在国内并没有发挥多大作用,加之国外近红外专用光谱仪器价格又偏高,国内进口的近红外专用光谱仪器并不多。

 

    红外传感器

 

    在实现远距离温度监测与控制方面,红外温度传感器以其优异的性能,满足了多方面的要求。在产品加工行业,特别是需要对温度进行远距离监测的场合,都是温度传感器大显身手的地方。在食品行业红外温度可以在不被污染的的情况下实现食品温度记录,因此备受欢迎。光纤红外传感器还具有抗电磁和射频干扰的特点,这为便携式红外传感器在汽车行业中的应用又开辟了新的市场。

 

    随着红外测温技术的普遍应用,一种新型的红外技术—智能(Smart)数字红外传感技术正在悄然兴起。这种智能传感器内置微处理器,能够实现传感器与控制单元的双向通信,具有小型化、数字通信、维护简单等优点。当前,各传感器用户纷纷升级其控制系统,智能红外传感器的需求量将会继续增长,预计短期内市场还不会达到饱和。

 

    另外,随着便携式红外传感器的体积越来越小,价格逐渐降低,在食品、采暖空调和汽车等领域也有了新的应用。比如用在食品烘烤机、理发吹风机上,红外传感器检测温度是否过热,以便系统决定是否进行下一步操作,如停止加热,或是将食品从烤箱中自动取出,或是使吹风机冷却等。随着更多的用户对便携式红外温度传感器的了解,其潜在用户正在增加。

 

    由于红外温度传感器在实现远距离控温及无接触测温等方面的优势,使其产量每年以10%的速度增长。在1996年至1997年间,其产量从15.5万只增长到23万只;总销售额也从2.3亿美元增长到3亿美元。2006年,市场销售总额将达到5.576亿美元,总产量将超过48.9万只。

 

    对于红外传感器的全球市场,第三世界国家将比欧美更加看好。虽然欧美很多工业国家加工业广泛,但其市场以趋向饱和;而在中国以及拉美一些新兴国家和地区,随着其经济的复苏与发展,各国各地区纷纷加强工业化建设,加工厂不断增多,红外传感器在该区域的销量每年以2%~5%的速度增长,并且其市场销量还处于增长趋势。

 

    目前,全球至少有25家较具规模的红外传感器生产商,其中居首位的是Raytek公司, 1999年Raytek公司的产品全球市场的20%,其中很大一部分产品是手持产品;Raytek还生产在线辐射温度表和高性能的传感器以适用于像冶金行业这样温度要求极高的环境。排行第二位的是Ircon,其市场占有率为17%,其产品主要面向高端用户市场。排行第三位的是Land Infrared, 其市场占有率为15%,其主要产品是手持式及在线测量产品。

 

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