红外热成像仪原理

 时间:2024-10-16 16:22:32

1、红外辐射    红外辐射是指波长在0.蚀卺垦肝75um至1000um,介于可见光波段与微波波段之间的电磁辐射。红外辐射的台仵瑕噤存在是由天文学家赫胥尔在1800年进行棱镜试验时首次发现。红外辐射具有以下特点及应用:    (1)所有温度在热力学绝对零度以上的物体都自身发射电磁辐射,而一般自然界物体的温度所对应的辐射峰值都在红外波段。因此,利用红外热像观察物体无需外界光源,相比可见光具有更好的穿透烟雾的能力。红外热像是对可见光图像的重要补充手段,广泛用于红外制导、红外夜视、安防监控和视觉增强等领域。    (2)根据普朗克定律,物体的红外辐射强度与其热力学温度直接相关。通过检测物体的红外辐射可以进行非接触测温,具有响应快、距离远、测温范围宽、对被测目标无干扰等优势。因此,红外测温特别是红外热像测温在预防性检测、制程控制和品质检测等方面具有广泛应用。    (3)热是物体中分子、原子运动的宏观表现,温度是度量其运动剧烈程度的基本物理量之一。各种物理、化学现象中,往往都伴随热交换及温度变化。分子化学键的振动、转动能级对应红外辐射波段。因此,通过检测物体对红外辐射的发射与吸收,可用于分析物质的状态、结构、状态和组分等。    (4)红外辐射具有较强的热效应,因此广泛地用于红外加热等。    综上所述,红外辐射在我们身边无处不在。而对于红外辐射的检测及利用,更是渗透到现代军事、工业、生活的各个方面。由于人眼对于红外辐射没有响应,因此对于红外辐射的感知和检测必须利用专门的红外探测器。红外辐射波段对应的能量在0.1eV-1.0eV之间,所有在上述能量范围之内的物理化学效应都可以用于红外检测。在发现红外辐射后至今的几百年内,人们研制了各种各样的红外探测器。  

2、探测器分类方法及种类  (1)按红外辐射与探测器的作用方式,主要分为光子型探测器和热探测器。光子型探测器包括光导型、光伏型、量子阱、超晶格等不同光子效应的探测器。热探测器包括热释电、热电堆、微测辐射热计等探测器。  (2)按照工作温度,可以分为制冷型探测器和非制冷型探测器。一般的光子型探测器都需要工作在低温,因此都是制冷型。即使如1-3um波段的PbS探测器可以工作在室温,但降低其工作温度能够显著改善其性能。而热探测器一般工作在室温范围,降低工作温度对其性能改进不明显。  (3)按照敏感元的数量,可以分为单元探测器、线列探测器、以及焦平面探测器。单元探测器、线列探测器如果用于成像则必须配备光机扫描机制,而焦平面探测器可以实现凝视成像。  (4)按照响应波长,可以分为短波红外探测器(1-2.5um)、中波红外探测器(3-5um)、以及长波红外探测器(8-14um),主要是针对三个大气窗口而形成的体制。

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