近年來(lái)，由于基于MEMS的獨(dú)立式熱隔離像素結(jié)構(gòu)采用薄膜紅外吸收層，使得非制冷紅外傳感器取得了顯著進(jìn)展。

　　人們利用紅外傳感技術(shù)開發(fā)了許多應(yīng)用，例如熱成像、人體探測(cè)以及夜視等。對(duì)于紅外能量的量化，使用戶能夠確定目標(biāo)的溫度以及熱行為。

　　紅外熱傳感和成像儀實(shí)現(xiàn)了被動(dòng)、非侵入式的物體表面溫度測(cè)量，并能夠繪制其溫度分布圖譜。隨著物體表面溫度的升高，其輻射光譜的強(qiáng)度也會(huì)相應(yīng)增強(qiáng)。這使我們可以通過遠(yuǎn)程測(cè)量人體或目標(biāo)物體發(fā)射出的能量來(lái)確定其溫度。紅外探測(cè)器主要分為兩類——紅外光子探測(cè)器和紅外熱探測(cè)器。

　　紅外光子探測(cè)器

　　紅外光子探測(cè)器利用材料和電子間的相互作用，吸收被測(cè)物體表面發(fā)出的紅外輻射。通過吸收電子產(chǎn)生的電能分布變化，輸出紅外探測(cè)信號(hào)。紅外光子探測(cè)器每個(gè)單元對(duì)入射輻射能量的吸收具有波長(zhǎng)選擇性。紅外光子探測(cè)器具有完美的信噪比和快速響應(yīng)性能。但是，紅外光子探測(cè)器的缺點(diǎn)是需要對(duì)其進(jìn)行低溫冷卻。而冷卻要求，是基于半導(dǎo)體光子探測(cè)器的紅外系統(tǒng)獲得廣泛應(yīng)用的主要障礙。因?yàn)檫@使得光子探測(cè)器紅外系統(tǒng)變得龐大、笨重、昂貴，而且使用不便。

　　紅外熱探測(cè)器

　　一直以來(lái)，高成本問題嚴(yán)重限制了消費(fèi)類市場(chǎng)紅外系統(tǒng)的發(fā)展。紅外熱探測(cè)器優(yōu)勢(shì)包括寬廣的波長(zhǎng)響應(yīng)范圍、無(wú)需冷卻、高溫穩(wěn)定性、高信噪比以及較低的成本。紅外熱探測(cè)器主要分為熱釋電、熱電堆和微測(cè)輻射熱計(jì)。（注：本文暫不介紹微測(cè)輻射熱計(jì)，請(qǐng)參考：非制冷紅外焦平面探測(cè)器及其技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)）

　　紅外熱釋電傳感器

　　熱釋電材料吸收熱輻射，在晶體材料間產(chǎn)生靜態(tài)電壓信號(hào)。但是，熱釋電材料在持續(xù)的紅外輻射下，其輸出的靜態(tài)電壓信號(hào)會(huì)減弱，需要對(duì)其進(jìn)行周期性的刷新。熱釋電探測(cè)器可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模批量生產(chǎn)。它們憑借防盜系統(tǒng)和自動(dòng)照明開關(guān)等應(yīng)用，在消費(fèi)類市場(chǎng)逐漸找到了切入口。熱釋電探測(cè)器也被應(yīng)用于高性能氣體分析、火焰探測(cè)器等科學(xué)儀器。另一方面，對(duì)于靜態(tài)溫度測(cè)量應(yīng)用，熱釋電探測(cè)器仍然相對(duì)比較昂貴，需要包含一些機(jī)械部件。

　　紅外熱電堆傳感器

　　根據(jù)塞貝克效應(yīng)，在兩種不同材料的連接處，當(dāng)它們的溫度有差異時(shí)，會(huì)在這兩種材料組成的閉環(huán)電路中產(chǎn)生電流。這種現(xiàn)象被廣泛應(yīng)用于熱電偶的溫度測(cè)量。熱電堆或熱電陣列由許多熱敏元件組成，每個(gè)熱敏元件都是一根由兩種不同熱敏活性材料組成的細(xì)絲。當(dāng)細(xì)絲兩端的溫度出現(xiàn)差異時(shí)，便在細(xì)絲兩端產(chǎn)生了電壓（熱張力）。熱接點(diǎn)集中在一個(gè)非常薄的共同吸收區(qū)，而冷節(jié)點(diǎn)位于一個(gè)周邊環(huán)繞高熱質(zhì)量的散熱片上。

　　現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在幾平方毫米內(nèi)，制造包含數(shù)百個(gè)熱電偶的紅外熱電堆傳感器。這種紅外傳感器因其微小的尺寸，而具有極高的靈敏度和極快的響應(yīng)時(shí)間，而且由于應(yīng)用了半導(dǎo)體規(guī)模生產(chǎn)和光刻技術(shù)，使其成本也較低。

　　電氣設(shè)備熱管理工程師們，長(zhǎng)久以來(lái)一直享受著由數(shù)字溫度傳感IC帶來(lái)的便利。新款集成熱電堆紅外傳感器IC能夠提供相同便利的數(shù)字溫度測(cè)量結(jié)果，并進(jìn)一步地降低了產(chǎn)品功耗、尺寸和成本，為其在消費(fèi)類設(shè)備領(lǐng)域創(chuàng)造了市場(chǎng)機(jī)遇，例如醫(yī)療設(shè)備、辦公設(shè)備以及家用電器等。

　　什么是Grid-EYE

　　松下Grid-EYE的8 x 8熱電堆陣列紅外傳感器，開啟了其紅外陣列傳感器業(yè)務(wù)。Grid-EYE是一款64像素紅外攝像頭，采用一體化的緊湊SMD封裝?；谒上碌腗EMS技術(shù)，Grid-EYE包含一顆MEMS傳感器芯片、一顆數(shù)字ASIC（I2C接口）以及一款硅基鏡頭。

　　Grid-EYE紅外傳感器

　　Grid-EYE在一個(gè)8 x 8網(wǎng)格式布局內(nèi)含有64個(gè)熱電堆元件，能夠在不接觸被測(cè)物體的前提下探測(cè)物體表面的絕對(duì)溫度。與傳統(tǒng)的傳感器不同，Grid-EYE采用了一款受專利保護(hù)的60°硅基鏡頭，該鏡頭在硅晶圓上通過刻蝕工藝制成，是市場(chǎng)上最?。ǜ叨鹊陀?.3 mm）的鏡頭。所有這些技術(shù)的結(jié)合，使該款傳感器的封裝尺寸僅為11.6 mm x 8 mm x 4.3 mm。

　　含有64個(gè)熱電堆元件的Grid-EYE可以探測(cè)靜止和運(yùn)動(dòng)的人體

　　與單點(diǎn)熱電堆紅外傳感器和熱釋電傳感器相比，Grid-EYE不僅能夠探測(cè)移動(dòng)的人體和物體，還能夠探測(cè)不動(dòng)的人體和物體的出現(xiàn)和位置、運(yùn)動(dòng)方向以及精確的表面溫度，溫度測(cè)量范圍為- 20°C~+100°C。

　　基于MEMS技術(shù)的熱電堆陣列紅外傳感器

　　松下憑借Grid-EYE的寬溫度測(cè)量范圍，其噪聲等效溫差在室溫時(shí)，精度達(dá)到了+/- 0.08°C @ 1Hz。Grid-EYE熱電堆傳感元件協(xié)同陣列，能夠探測(cè)多個(gè)人體或物體在不同方向上的運(yùn)動(dòng)。近距離時(shí)，Grid-EYE甚至能夠探測(cè)人手的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的手勢(shì)控制。

　　Grid-EYE紅外傳感器實(shí)現(xiàn)手勢(shì)控制

　　應(yīng)用領(lǐng)域

　　許多紅外應(yīng)用不需要完整的圖像信息，只需要從圖像中挖掘出的特定信息，例如位置、運(yùn)動(dòng)以及熱（或冷）物體的區(qū)域。面對(duì)這些非成像應(yīng)用的新興市場(chǎng)，需要基于不同概念的傳統(tǒng)成像紅外焦平面陣列的紅外陣列傳感器。這里將討論熱成像系統(tǒng)應(yīng)用的兩個(gè)主要門類：非活體目標(biāo)和人體目標(biāo)。

　　非活體目標(biāo)

　　工廠機(jī)械設(shè)備、發(fā)電及配電設(shè)備、物料以及工藝生產(chǎn)制造出來(lái)的部件，它們的溫度和熱學(xué)性能，是生產(chǎn)制造過程中以及工廠維持安全和經(jīng)濟(jì)有效運(yùn)營(yíng)的最重要因素。

　　突然出現(xiàn)的熱點(diǎn)能夠預(yù)示有缺陷的區(qū)域和連接點(diǎn)。應(yīng)用熱成像技術(shù)進(jìn)行溫度測(cè)量的原因之一，是熱成像測(cè)量無(wú)需接觸被測(cè)物體。熱成像技術(shù)可以作為一款診斷工具應(yīng)用于電力傳輸系統(tǒng)中電氣接頭的檢測(cè)，也可以用于探測(cè)其它電氣裝置的熱狀況。它還可以應(yīng)用于不同材料的具體特性評(píng)估。

　　人體目標(biāo)

　　被動(dòng)紅外傳感器針對(duì)即時(shí)進(jìn)入或目標(biāo)探測(cè)應(yīng)用效果很好。但是，它們僅能感測(cè)運(yùn)動(dòng)中的人體或目標(biāo)，這使它們能夠有條件地應(yīng)用于建筑自動(dòng)化和安防系統(tǒng)中。這些簡(jiǎn)單的紅外傳感器具有傳統(tǒng)的局限性，因此不能應(yīng)用于更先進(jìn)的探測(cè)領(lǐng)域。例如，被動(dòng)紅外傳感器無(wú)法感應(yīng)不動(dòng)的目標(biāo)，它們不能精確地探測(cè)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向，它們也不能獲得熱成像圖譜或者探測(cè)目標(biāo)的溫度。所有這三個(gè)任務(wù)都是下一代智能自動(dòng)化、安防系統(tǒng)、數(shù)字標(biāo)識(shí)系統(tǒng)以及醫(yī)療成像應(yīng)用的基本要素。

　　人體探測(cè)設(shè)計(jì)

　　熱電堆陣列傳感器能夠在保留探測(cè)對(duì)象隱私的前提下，提供粗略的追蹤功能。Basu和Rowe開發(fā)了一款低成本方法，在Grid-EYE傳感器的視場(chǎng)內(nèi)，估算人員數(shù)量和他們的運(yùn)動(dòng)方向。對(duì)具有本地峰值計(jì)數(shù)功能的連接組件上應(yīng)用支持向量機(jī)分類，他們估算即時(shí)進(jìn)入人數(shù)的準(zhǔn)確率超過了80%（《應(yīng)用熱電堆陣列傳感器的運(yùn)動(dòng)追蹤和空間關(guān)系學(xué)》，2014，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)）。

　　利用Grid-EYE紅外傳感器估算即時(shí)進(jìn)入房間的人數(shù)

　　Jeong、Yoon和Joung等人在2014年開發(fā)了一種更復(fù)雜的方法，他們利用Grid-EYE傳感器結(jié)合一種概率統(tǒng)計(jì)方法來(lái)確定人體目標(biāo)，這種概率統(tǒng)計(jì)方法利用了多重前后成像處理技術(shù)。前處理和圖像分割提供基本結(jié)構(gòu)，然后利用概率統(tǒng)計(jì)方法來(lái)計(jì)算圖中的熱標(biāo)識(shí)為人體目標(biāo)的概率。即使分割出來(lái)的人體圖像短暫消失了，他們提出的方法還能夠利用局部自適應(yīng)閾值實(shí)現(xiàn)繼續(xù)追蹤。

　　智能建筑應(yīng)用

　　智能建筑應(yīng)用是信息物理系統(tǒng)的案例之一。大部分時(shí)間，這些應(yīng)用需要不同類型的傳感器、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及個(gè)性的配置，來(lái)滿足不同用戶的需求。利用Grid-EYE傳感器提供的即時(shí)進(jìn)入信息，能夠幫助實(shí)現(xiàn)家居自動(dòng)化和暖通系統(tǒng)的集成。Grid-EYE傳感器當(dāng)然也可以應(yīng)用于安防目的。即時(shí)進(jìn)入監(jiān)測(cè)、安防和建筑自動(dòng)化是智能建筑的基本功能。房間的即時(shí)進(jìn)入監(jiān)測(cè)，能夠幫助建筑管理者實(shí)現(xiàn)暖通系統(tǒng)控制，由此實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。Grid-EYE傳感器8 × 8二元矩陣中連接的組件，能夠告訴我們?cè)搨鞲衅髦苓吶藛T的數(shù)量（即時(shí)進(jìn)入監(jiān)測(cè)）。

　　Grid-EYE紅外傳感器的應(yīng)用

　　對(duì)于安防應(yīng)用，即時(shí)進(jìn)入監(jiān)測(cè)能夠監(jiān)測(cè)非法入侵的發(fā)生，能夠即時(shí)觸發(fā)警報(bào)或者發(fā)送相關(guān)信息給屋主。對(duì)于家居自動(dòng)化應(yīng)用，它能夠用于暖通系統(tǒng)或者家用電器的開啟。

　　美國(guó)加州大學(xué)的Merced在2013年展示了一款基于Grid-EYE傳感器的系統(tǒng)，用于估算即時(shí)進(jìn)入信息，使他們能夠基于房間進(jìn)入人員的數(shù)量調(diào)整房間利用，從而有效的維持房間的溫度，通過這一方法每年能夠節(jié)約25%的能源。