第三章红外检测技术.pdf

红外检测技术 红外技术的基本概念 红外线是一种电磁波。因此具有电磁辐射的 特点： 波动性 传输不需要介质 红外辐射就是热辐射 红外线也是一种光线。但是人眼看不见的光线， 具有粒子性，对红外线的研究也属于光学范畴。 机械工程学院 机械装备及控制系 1 红外的历史  1800年，赫胥耳利用太阳光谱色散实 验发现了红外光。  1835年，安培宣告了光和热射线的同 一性。  1870年，兰利制成了面积只有针孔那 样大小的探测器，并用凹面反射光栅、 岩盐及氟化物棱镜来提高测量色散的能 力，这为红外应用的重要方面——航空 摄影奠定了基础 通常取可见光谱中红光末端为780nm，比它长的光 就是红外光，或称为热射线。 机械工程学院 机械装备及控制系 2 红外的历史  1880年， “红外”一词出现在阿贝尼的文章中（最 早）。  1888年，麦洛尼用比较灵敏的热电堆改进了赫胥耳的 探测和测量方法，为红外技术奠定了基础。  1904年，开始采用近红外进行摄影。  1929年，科勒发明了银氧铯（Ag-o-Cs ）光阴极，开 创了红外成像器件的先河。  二十世纪30年代中期，荷兰、德国、美国各自独立研制 成红外变像管，红外夜视系统应用于实战。  1952年，美国陆军制成第一台热像记录仪 热电堆：由两个或多个热电偶串接组成，各热电偶输出 的热电势是互相叠加的。 机械工程学院 机械装备及控制系 3 红外线与光线的区别（1 ） 人眼对红外线不敏感，一般CCD敏感光谱波长在400 ～ 500nm，红色在600nm，红外线光谱为700nm －1mm。 机械工程学院 机械装备及控制系 4 红外线与光线的区别（2 ）  红外线的光量子能量比可见光的小。 例如：10μm波长的红外光的能量大约是可见光光子能量的1/20。  红外线的热效应比可见光要强得多 原子和分子的振动或分子的旋转运动的特征频率分布在宽广的 红外光谱区，因此，热物体（温度高于绝对零度的任何物体）不 断地发出红外辐射，红外辐射使物体变热的效应也特别显著。  红外线更容易被物质所吸收 红外线只能穿透到原子、分子的间隙，会使原子、分子的振动 加快、间距拉大，即增加热运动能量，从宏观上看，物质在融化、 在沸腾、在汽化，但物质的本质（原子、分子本身）并没有发生 改变，这就是红外线的热效应。 机械工程学院 机械装备及控制系 5 红外技术的技术难点及发展现状 红外技术的发展关键在于：  红外材料的研制  红外设备的制冷  红外设备向更长波段发展  红外焦平面阵列器件的研制  红外设备与数据处理设备的结合 红外技术的发展现状： （1 ）探测器已从单元发展到多元，从多元发展到焦平面阵列。 （2 ）红外探测器的工作波段从近红外扩展到远红。 （3）轻小型化。非致冷、集成式、大面阵红外探测器方向发展。 高效小型制冷器和无需制冷的红外探测器将是今后的发展方 向。 （4 ）红外探测系统从单波段向多波段发展。 机械工程学院 机械装备及控制系 6 红外检测的基本辐射定律  基尔霍夫定律: 在给定温度下，对于给定波长，所有物体的比辐射