快速識別發(fā)熱人群的紅外熱像儀，用了什么玻璃？

【中玻網(wǎng)】中國建筑材料科學研究總院有限公司（以下簡稱中國建材總院）所屬玻璃科學研究院近日接到國務(wù)院應(yīng)對新冠肺炎疫情聯(lián)防聯(lián)控機制健康物資保障組的通知后，立即籌備員工克服困難返崗復(fù)工，經(jīng)過連續(xù)多天的加班加點，已生產(chǎn)供應(yīng)武漢紅星楊科技公司、中科院長春光機所等單位800余套高精度紅外鏡頭。

圖為中國建材總院—所屬玻璃科學研究院生產(chǎn)的高精度紅外鏡頭

這些紅外鏡頭采用8微米~12微米具有高透過率的紅外硫系玻璃作為鏡片，由于無熱化定焦，可快速和測量人體溫度，測溫范圍-20℃~+120℃，測溫精度±0.3℃。經(jīng)過紅外鏡頭配套的非制冷人體快速準確篩查紅外熱像儀，可對視場內(nèi)多個人員進行快速體溫檢驗與篩查，有效降低交叉受到傳染風險。目前已應(yīng)用到廣州白云機場、成都（東站、北站）、武漢（協(xié)和醫(yī)院）等疫情篩查一線中，其他城市也在陸續(xù)安裝。

紅外熱成像技術(shù)是集光、機、電等高等技術(shù)于一體的高新技術(shù)，通過光電轉(zhuǎn)換、電信號處理等手段，將目標物體的溫度分布圖像轉(zhuǎn)換成視頻圖像。

半個多世紀以來，紅外熱成像技術(shù)在偵察、瞄準、射擊指揮和制導(dǎo)等軍事方面的應(yīng)用要求越來越高，被許多國家納入國防發(fā)展戰(zhàn)略。

此外，隨著紅外探測器技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是低成本、非制冷型探測器的出現(xiàn)，紅外熱成像技術(shù)在安防、消防和汽車等民用市場的應(yīng)用不斷擴大。

特別是近一段時間，新冠肺炎疫情正在全國擴散蔓延，全國上下齊心應(yīng)對，大力進行疫情防控工作。以紅外熱成像技術(shù)為原理打造的紅外測溫設(shè)備可在人群密集區(qū)域?qū)^檢人員進行多點體溫探測，無需近距離接觸，只需間隔3米~4米即可對過往人群進行準確效率高的篩查，通過熱像儀探測較微小溫差，將溫差轉(zhuǎn)換成實時視頻圖像顯示出來，發(fā)現(xiàn)體溫高時立即啟動緊急信號，快速、安全識別發(fā)熱人群。

憑借響應(yīng)速度快、非接觸、使用安全性及壽命長等優(yōu)點，紅外測溫設(shè)備成為疫情防控工作的重要輔助設(shè)備，在人流密集的機場口岸、地鐵、車站、碼頭、醫(yī)院、住宅小區(qū)、企事業(yè)單位廣泛使用，用于體溫異常人員的快速篩查，并防止交叉?zhèn)魅?，為保護人民健康“值班站崗”。

圖為中國建材總院—所屬玻璃科學研究院生產(chǎn)的高精度紅外鏡頭下的紅外人體測溫影像

作為紅外測溫設(shè)備的“火眼金睛”，以硫系玻璃為基礎(chǔ)的光學系統(tǒng)用在紅外測溫設(shè)備的前端，將肉眼不可見的目標物體輻射出的紅外能量匯聚起來，聚焦在光電探測器上，并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號，再經(jīng)電路運算處理電路后，換算轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標的線性的溫度信號值，以便實現(xiàn)進一步的信號處理及控制。

據(jù)了解，硫系玻璃是一種特種玻璃材料，以硫族元素S、Se和Te中的一種或幾種為主要成分，同時引入Ge、As、Sb、Ga等元素中的一種或幾種來形成的一種非氧化物玻璃材料。

這類玻璃之所以在紅外測溫等一系列熱成像技術(shù)中得以應(yīng)用，主要在于該類材料具有非常突出的消色差和消熱差的光學特性，具體表現(xiàn)為：在1微米~14微米波段均具有良好的透過性能，且具有良好的光熱穩(wěn)定特性(dn/dt要遠小于鍺)。

作為一種優(yōu)良的紅外材料，硫系玻璃以其獨特的性能優(yōu)勢廣泛地吸引著國內(nèi)外材料相關(guān)人士、學者和研究生產(chǎn)機構(gòu)的關(guān)注，但因其合成工藝的特殊性，在2000年以前，只有一些歐美發(fā)達國家掌握并壟斷著硫系玻璃的制備技術(shù)，并將其在敏感的軍事領(lǐng)域推廣應(yīng)用。隨著我國綜合國力的提升、國防建設(shè)的急需及材料研發(fā)技術(shù)的進步，2000年以后國內(nèi)硫系玻璃駛?cè)胙邪l(fā)和應(yīng)用的快車道。

作為國內(nèi)建筑材料及無機非金屬材料領(lǐng)域規(guī)模非常大的多學科綜合性研究開發(fā)單位，中國建材總院始終瞄準全部和國內(nèi)前沿，在上世紀80年代末期，即著手開展硫系玻璃的研究工作，因為需求牽引不足及技術(shù)成熟度不夠，該材料的研發(fā)曾有一段時間處于停滯狀態(tài)，直至2009年中國建材總院特種玻璃團隊重啟硫系玻璃的研發(fā)工作，從2010年至2018年該團隊在硫系玻璃的原料提純技術(shù)、熔制技術(shù)、成型技術(shù)及表面鍍膜技術(shù)等方面進行不斷的持續(xù)深耕，取得了一系列顯著的成績。

通過反應(yīng)器脫羥、原料提純、除雜劑引入等技術(shù)實現(xiàn)了硫系玻璃原料的高質(zhì)量純化，顯著降低了環(huán)境雜質(zhì)和水分對紅外透過性能的影響，提高了材料整體紅外透過率；在國內(nèi)初次提出了硫系玻璃熟料的氣氛保護熔制、感應(yīng)加熱熔制等技術(shù)，攻克了壓力氣氛條件下組分揮發(fā)控制、快效果快率高合成、機械攪拌均化、澆鑄成形等關(guān)鍵技術(shù)，打破了傳統(tǒng)制備方法對硫系玻璃規(guī)格尺寸的限制，實現(xiàn)了大尺寸、高光學均勻性硫系玻璃的效率高制備；開展了硫系玻璃熱壓成型、準確模壓及增材制造等多種成型技術(shù)的研發(fā)攻關(guān)，高精度、復(fù)雜面型硫系玻璃光學元件的成型技術(shù)非常大推動了紅外成像光學系統(tǒng)向低成本、小尺寸和輕質(zhì)化方向的發(fā)展；作為一種高反、低硬度的光學材料，為了滿足實際使用需要，硫系玻璃表面需鍍制紅外增透膜及防護膜等，但受材料本身特性影響，硫系玻璃表面鍍膜相當困難，中國建材總院經(jīng)多年技術(shù)積累和潛心研究，先后攻克硫系玻璃表面低溫沉積紅外增透膜和防護膜的工藝，在紅外長波波段的平均透過率打破96%，膜層工藝穩(wěn)定、性能可靠。

圖為“硫系玻璃”項目獲得2019年度建材集團科技獎證書

歷經(jīng)10年技術(shù)攻關(guān)，中國建材總院開發(fā)了系列硫系玻璃產(chǎn)品，并逐漸走出一條從“光學設(shè)計-玻璃制備-準確成型-表面鍍膜-鏡頭裝調(diào)”的全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展道路，承擔國家各類攻關(guān)項目4項，累計獲授權(quán)發(fā)明專利14項，并先后獲得中國建材集團技術(shù)發(fā)明一等獎1項，中國建筑材料聯(lián)合會·中國機械冶金建材工會全國委員會聯(lián)合頒發(fā)的行業(yè)技術(shù)革新一等獎1項。