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光學元件

紅外熱成像原理及應用(一)

星之球激光 來源:道客巴巴2012-09-04 我要評論(0 )   

波長為(wei) 2.0~1000m的部分稱為(wei) 熱 紅外 線。我們(men) 周圍的物體(ti) 隻有當它們(men) 的溫度高達1000℃以上時,才能夠發出可見光。相比之下,我們(men) 周圍所有溫度在絕對零度(-273℃)以上的物...

       波長為(wei) 2.0~1000μm的部分稱為(wei) 熱紅外線。我們(men) 周圍的物體(ti) 隻有當它們(men) 的溫度高達1000℃以上時,才能夠發出可見光。相比之下,我們(men) 周圍所有溫度在絕對零度(-273℃)以上的物體(ti) ,都會(hui) 不停地發出熱紅外線。所以,熱紅外線(或稱熱輻射)是自然界中存在最為(wei) 廣泛的輻射。熱輻射除存在的普遍性之外,還有另外兩(liang) 個(ge) 重要的特性。

  1.大氣、煙雲(yun) 等吸收可見光和近紅外線,但是對3~5μm和8~14μm的熱紅外線卻是透明的。因此,這兩(liang) 個(ge) 波段被稱為(wei) 熱紅外線的“大氣窗口” 。利用這兩(liang) 個(ge) 窗口,可以使人們(men) 在完全無光的夜晚,或是在煙雲(yun) 密布的戰場,清晰地觀察到前方的情況。正是由於(yu) 這個(ge) 特點,熱紅外成像技術軍(jun) 事上提供了先進的夜視裝備並為(wei) 飛機、艦艇和坦克裝上了全天候前視係統。這些係統在海灣戰爭(zheng) 中發揮了非常重要的作用。

  2.物體(ti) 的熱輻射能量的大小,直接和物體(ti) 表麵的溫度相關(guan) 。熱輻射的這個(ge) 特點使人們(men) 可以利用它來對物體(ti) 進行無接觸溫度測量和熱狀態分析,從(cong) 而為(wei) 工業(ye) 生產(chan) ,節約能源,保護環境等等方麵提供了一個(ge) 重要的檢測手段和診斷工具。

  現代的熱成像裝置工作在中紅外區域(波長3~5μm)或遠紅外區域(波長8~12μm)。通過探測物體(ti) 發出的紅外輻射,熱成像儀(yi) 產(chan) 生一個(ge) 實時的圖像,從(cong) 而提供一種景物的熱圖像。並將不可見的輻射圖像轉變為(wei) 人眼可見的、清晰的圖像。熱成像儀(yi) 非常靈敏,能探測到小於(yu) 0.1℃的溫差。

  工作時,熱成像儀(yi) 利用光學器件將場景中的物體(ti) 發出的紅外能量聚焦在紅外探測器上,然後來自與(yu) 每個(ge) 探測器元件的紅外數據轉換成標準的視頻格式,可以在標準的視頻監視器上顯示出來,或記錄在錄像帶上。由於(yu) 熱成像係統探測的是熱而不是光,所以可全天候使用;又因為(wei) 它完全是被動式的裝置,沒有光輻射或射頻能量,所以不會(hui) 暴露使用者的位置。

  紅外探測器分為(wei) 兩(liang) 類:光子探測器和熱探測器。光子探測器在吸收紅外能量後,直接產(chan) 生電效應;熱探測器在吸收紅外能量後,產(chan) 生溫度變化,從(cong) 而產(chan) 生電效應。溫度變化引起的電效應與(yu) 材料特性有關(guan) 。

  光子探測器非常靈敏,其靈敏度依賴於(yu) 本身溫度。要保持高靈敏度,就必須將光子探測器冷卻至較低的溫度。通常采用的冷卻劑為(wei) 斯太林(Stirling)或液氮。

  熱探測器一般沒有光子探測器那麽(me) 高的靈敏度但在室溫下也有足夠好的性能,因此不需要低溫冷卻。

 

  紅外與(yu) 熱成像什麽(me) 關(guan) 係

  紅外熱像儀(yi) 是通過非接觸探測紅外熱量,並將其轉換生成熱圖像和溫度值,進而顯示在顯示器上,並可以對溫度值進行計算的一種檢測設備。紅外熱像儀(yi) 能夠將探測到的熱量精確量化,能夠對發熱的故障區域進行準確識別和嚴(yan) 格分析。 照相機成像得到照片,電視攝像機成像得到電視圖像,都是可見光成像。自然界中,一切物體(ti) 都可以輻射紅外線,因此利用探測儀(yi) 測定目標的本身和背景之間的紅外線差並可以得到不同的紅外圖像,熱紅外線形成的圖像稱為(wei) 熱圖。

  目標的熱圖像和目標的可見光圖像不同,它不是人眼所能看到的目標可見光圖像,而是目標表麵溫度分布圖像,換一句話說,紅外熱成像使人眼不能直接看到目標的表麵溫度分布,變成人眼可以看到的代表目標表麵溫度分布的熱圖像。

 

  淺談紅外熱像儀(yi)

  簡單地講:紅外熱像儀(yi) 就是利用某些特殊的材料對紅外光輻射能產(chan) 生某些物理量的變化的特性,然後把這種變量轉化成電信號,經過調製後再轉變成圖象並測溫。這些特殊的材料多為(wei) :碲鎘汞、銻化銦、鉑化矽、氧化釩、矽摻雜(或多晶矽)等等。市場上所謂的“製冷”和“非製冷”之分,實際上是指有無製冷器而言。

  紅外熱像儀(yi) 本身並不發射紅外,它隻是被動地吸收而已。這有兩(liang) 重含義(yi) :第一,這種特征加上自然界任何物體(ti) 都對外輻射紅外信號的特點,使之成為(wei) 軍(jun) 事價(jia) 值極高的設備;第二,考慮到紅外線在空氣中衰減的幅度,作為(wei) 高靈敏度探測器材料的要求是何等的高!尤其是要考慮紅外熱像儀(yi) 本身也有紅外輻射的幹擾時。因此,從(cong) 紅外熱像儀(yi) 誕生那天開始,對它的技術保密級別及它的價(jia) 格都非常的高。這裏,我們(men) 還姑且不談紅外探測器的生產(chan) 工藝的難度和成品率。

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