紅外傳感器-電子科技大學(xué)課件

紅外傳感器1紅外傳感器1紅外輻射的基本知識(shí)紅外傳感器紅外測(cè)溫紅外成像紅外分析儀紅外無(wú)損檢測(cè)本章小結(jié)本章主要內(nèi)容2紅外輻射的基本知識(shí)本章主要內(nèi)容2紅外輻射的基本知識(shí)本小節(jié)的主要內(nèi)容：1.

紅外輻射2.紅外輻射術(shù)語(yǔ)3.

紅外幅射源3紅外輻射的基本知識(shí)本小節(jié)的主要內(nèi)容：3紅外輻射紅外輻射俗稱(chēng)紅外線(xiàn)，它是一種人眼看不見(jiàn)的光線(xiàn)。但實(shí)際上它和其它任何光線(xiàn)一樣，也是一種客觀存在的物質(zhì)。任何物體，只要它的溫度高于絕對(duì)零度，就有紅外線(xiàn)向周?chē)臻g輻射。紅外線(xiàn)是位于可見(jiàn)光中紅光以外的光線(xiàn)．故稱(chēng)為紅外線(xiàn)。它的波長(zhǎng)范圍大致在0.76μm到1000μm的頻譜范圍之內(nèi)。相對(duì)應(yīng)的頻率大致在4×1014-3×1011Hz之間紅外線(xiàn)與可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)、X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)和微波、無(wú)線(xiàn)電波一起構(gòu)成了整個(gè)無(wú)限連續(xù)的電磁波譜。4紅外輻射紅外輻射俗稱(chēng)紅外線(xiàn)，它是一種人眼看不見(jiàn)的光線(xiàn)。但實(shí)際電磁波譜圖5電磁波譜圖5紅外分區(qū)：在紅外技術(shù)中，一般將紅

外輻射分為4個(gè)區(qū)域

近紅外區(qū):770nm~1.5μm

中紅外區(qū):1.5μm

~6μm

遠(yuǎn)紅外區(qū):6μm~40μm

極遠(yuǎn)紅外區(qū):40μm~1000μm注意：這里所說(shuō)的遠(yuǎn)近是指紅外輻射在電磁波譜中與可見(jiàn)光的距離。6紅外分區(qū)：在紅外技術(shù)中，一般將紅

外輻射分紅外輻射的物理本質(zhì)紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。物體的溫度越高，輻射出來(lái)的紅外線(xiàn)越多，紅外輻射的能量就越強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)光譜各種單色光的熱效應(yīng)從紫色光到紅色光是逐漸增大的，而且最大的熱效應(yīng)出現(xiàn)在紅外輻射的頻率范圍內(nèi)，因此人們又將紅外輻射稱(chēng)為熱輻射或熱射線(xiàn)。實(shí)驗(yàn)表明：波長(zhǎng)在0.1—1000μm之間的電磁波被物體吸收時(shí)，可以顯著地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。可?jiàn)，載能電磁波是熱輻射傳播的主要媒介物。7紅外輻射的物理本質(zhì)紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。物體的溫度越高紅外吸收及紅外窗口紅外輻射在大氣中傳播時(shí)，由于大氣中的氣體分子、水蒸汽以及固體微粒、塵埃等物質(zhì)的吸收和散射作用，使輻能在傳輸過(guò)程中逐漸衰減。空氣中對(duì)稱(chēng)的雙原于分子，如N2，H2，O2不吸收紅外輻射，因而不會(huì)造成紅外輻射在傳輸過(guò)程中衰減。紅外輻射在通過(guò)大氣層時(shí)被分割成三個(gè)波段，即2~2.6μm，3~5μm和8~14μm，統(tǒng)稱(chēng)為“大氣窗口”。這三個(gè)大氣窗口對(duì)紅外技術(shù)應(yīng)用特別重要，因?yàn)橐话慵t外儀器都工作在這三個(gè)窗口之內(nèi)。8紅外吸收及紅外窗口紅外輻射在大氣中傳播時(shí)，由于大氣中的氣體分通過(guò)一海里長(zhǎng)度的大氣透過(guò)率曲線(xiàn)為什么2-2.6μm，3-5μm和8-14μm這三個(gè)波段被稱(chēng)為“大氣窗口”呢？9通過(guò)一海里長(zhǎng)度的大氣透過(guò)率曲線(xiàn)為什么2-2.6μm，3-5μ紅外輻射術(shù)語(yǔ)(1)10紅外輻射術(shù)語(yǔ)(1)10紅外輻射術(shù)語(yǔ)(2)11紅外輻射術(shù)語(yǔ)(2)11紅外幅射源當(dāng)物體溫度高于絕對(duì)零度時(shí)，都有紅外線(xiàn)向周?chē)臻g輻射出來(lái)根據(jù)輻射源幾何尺寸的大小，距探測(cè)器的遠(yuǎn)近，又分為點(diǎn)源和面源點(diǎn)源(沒(méi)有充滿(mǎn)紅外光學(xué)系統(tǒng)瞬時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的大面源叫做點(diǎn)源)面源(一般情況下，把充滿(mǎn)紅外光學(xué)系統(tǒng)瞬時(shí)視場(chǎng)的大面輻射源叫做面源)12紅外幅射源當(dāng)物體溫度高于絕對(duì)零度時(shí)，都有紅外線(xiàn)向周?chē)臻g輻射紅外傳感器本小節(jié)的主要內(nèi)容：1.常見(jiàn)紅外傳感器2.紅外傳感器的性能參數(shù)3.紅外傳感器使用中應(yīng)注意的問(wèn)題13紅外傳感器本小節(jié)的主要內(nèi)容：13

紅外傳感器

紅外傳感器(也稱(chēng)為紅外探測(cè)器)是能將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電能的光敏器件，它是紅外探測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其性能好壞，將直接影響系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。因此，選擇合適的、性能良好的紅外傳感器，對(duì)于紅外探測(cè)系統(tǒng)是十分重要的。14紅外傳感器紅外傳感器(也稱(chēng)為紅外探測(cè)器)常見(jiàn)紅外傳感器一、熱傳感器二、光子傳感器熱效應(yīng)光電效應(yīng)15常見(jiàn)紅外傳感器一、熱傳感器熱效應(yīng)光電效應(yīng)15一、熱傳感器熱傳感器是利用入射紅外輻射引起傳感器的溫度變化，進(jìn)而使相關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化，通過(guò)測(cè)量有關(guān)物理參數(shù)的變化來(lái)確定紅外傳感器所吸收的紅外輻射。熱傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是：響應(yīng)波段寬、可以在室溫下工作、使用簡(jiǎn)單。但是，熱傳感器響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)、靈敏度較低，一般用于低頻調(diào)制的場(chǎng)合。熱傳感器主要類(lèi)型有：熱敏電阻型、熱電偶型、

高萊氣動(dòng)型和熱釋電型四種。16一、熱傳感器熱傳感器是利用入射紅外輻射引起傳感器的溫度變化，

1．熱敏電阻型傳感器熱敏電阻是由錳、鎳、鈷的氧化物混合后燒結(jié)而成的。熱敏電阻一般制成薄片狀，當(dāng)紅外輻射照射在熱敏電阻片上，其溫度升高，電阻值減小。測(cè)量熱敏電阻值變化的大小，即可得知入射紅外輻射的強(qiáng)弱，從而可以判斷產(chǎn)生紅外輻射物體的溫度。熱敏電阻型紅外傳感器結(jié)構(gòu)如下圖所示。171．熱敏電阻型傳感器熱敏電阻是由錳、鎳、鈷的氧化物混合后燒熱敏電阻型

紅外傳感器結(jié)構(gòu)熱敏電阻型紅外傳感器是由錳、鎳、鈷的氧化物混臺(tái)后燒結(jié)而制成。熱敏電阻一般制成薄片狀，當(dāng)紅外輻射照射在熱敏電阻上時(shí)，其溫度升高、內(nèi)部粒子的無(wú)規(guī)律運(yùn)動(dòng)加劇、自由電子的數(shù)目隨溫度升高而增加、電阻減小。18熱敏電阻型

紅外傳感器結(jié)構(gòu)熱敏電阻型紅外傳感器是由錳、鎳、鈷

2．熱電偶型傳感器材料：熱電偶是由熱電功率差別較大的兩種金屬材料(如鉍/銀、銅/康銅、鉍/鉍錫合金等)構(gòu)成。原理：當(dāng)紅外輻射入射到熱電偶回路的測(cè)溫接點(diǎn)上時(shí)，該接點(diǎn)溫度升高，而另一個(gè)沒(méi)有被紅外輻射輻照的接點(diǎn)處于較低的溫度，此時(shí)，在閉合回路中將產(chǎn)生溫差電流，同時(shí)回路中產(chǎn)生溫差電勢(shì)。溫差電勢(shì)的大小，反映了接點(diǎn)吸收紅外輻射的強(qiáng)弱。利用溫差電勢(shì)現(xiàn)象制成的紅外傳感器稱(chēng)為熱電偶型紅外傳感器，因其時(shí)間常數(shù)較大，響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)特性較差，調(diào)制頻率應(yīng)限制在10Hz以下。在實(shí)際應(yīng)用中，往往將幾個(gè)熱電偶串聯(lián)起來(lái)組成熱電堆來(lái)檢測(cè)紅外輻射的強(qiáng)弱。192．熱電偶型傳感器材料：熱電偶是由熱電功率差別較大的兩種金3．高萊氣動(dòng)型傳感器結(jié)構(gòu)原理203．高萊氣動(dòng)型傳感器結(jié)構(gòu)20高萊氣動(dòng)型傳感器結(jié)構(gòu)它有一個(gè)氣室，以一個(gè)小管道與一塊柔性薄片相連。薄片的背向管道一面是反射鏡。氣室的前面附有吸收膜,它是低熱容量的薄膜。在室的另一邊，一束可見(jiàn)光通過(guò)柵狀光欄聚焦在柔鏡上，經(jīng)柔鏡反射回來(lái)的柵狀圖像又經(jīng)過(guò)柵狀光欄投射到光電管上。21高萊氣動(dòng)型傳感器結(jié)構(gòu)它有一個(gè)氣室，以一個(gè)小管道與一塊柔性薄片高萊氣動(dòng)型傳感器原理高萊氣動(dòng)型傳感器是利用氣體吸收紅外輻射后，溫度升高，體積增大的特性，來(lái)反映紅外輻射的強(qiáng)弱。紅外輻射通過(guò)窗口入射到吸收膜上,吸收膜將吸收的熱能傳給氣體．使氣體溫度升高．氣壓增大，從而使柔鏡移動(dòng)。在室的另一邊，一束可見(jiàn)光通過(guò)城狀光欄聚焦在柔鏡上，經(jīng)柔鏡反射回來(lái)的柵狀圖像又經(jīng)過(guò)柵狀光欄投射到光電管上。當(dāng)柔鏡因壓力變化而移動(dòng)時(shí)．枷狀圖像與柵狀光欄發(fā)生相對(duì)位移，使落到光電管上的光量發(fā)生改變，光電管的輸出信號(hào)也發(fā)生改變．這個(gè)變化量就反映出入射紅外輻射的強(qiáng)弱。這種傳感器的恃點(diǎn)是靈敏度高，性能穩(wěn)定。但響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)度較差，只適合于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用。22高萊氣動(dòng)型傳感器原理高萊氣動(dòng)型傳感器是利用氣體吸收紅外輻射后4·熱釋電型傳感器熱釋電型傳感器是一種具有極化現(xiàn)象的熱晶體或稱(chēng)“鐵電體”。鐵電體的極化強(qiáng)度(單位面積上的電荷)與溫度有關(guān)。原理幾點(diǎn)注意234·熱釋電型傳感器熱釋電型傳感器是一種具有極化現(xiàn)象的熱晶體或熱釋電型傳感器原理

當(dāng)紅外輻射照射到已經(jīng)極化的鐵電體薄片表面上時(shí)，引起薄片溫度升高，使其極化強(qiáng)度降低、表面電荷減少，這相當(dāng)于釋放一部分電荷，所以叫熱釋電型傳感器。如果將負(fù)載電阻與鐵電體薄片相連，則負(fù)載電阻上便產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)輸出。輸出信號(hào)的大小，取決于薄片溫度變化的快慢，從而反映出入射的紅外輻射的強(qiáng)弱。由此可見(jiàn)，熱釋電型紅外傳感器的電壓響應(yīng)率正比于入射輻射變化的速率。24熱釋電型傳感器原理當(dāng)紅外輻射照射到已經(jīng)極化幾點(diǎn)注意當(dāng)恒定的紅外輻射照射在熱釋電傳感器上時(shí)，傳感器沒(méi)有電信號(hào)輸出。只有鐵電體溫度處于變化過(guò)程中，才有電信號(hào)輸出。必須對(duì)紅外輻射進(jìn)行調(diào)制（或稱(chēng)斬光），使恒定的輻射變成交變輻射，不斷引起傳感器的溫度變化，才能導(dǎo)致熱釋電產(chǎn)生，并輸出交變的信號(hào)。25幾點(diǎn)注意當(dāng)恒定的紅外輻射照射在熱釋電傳感器上時(shí)，傳感器沒(méi)有電

二、光子傳感器光子傳感器是利用某些半導(dǎo)體材料在入射光的照射下，產(chǎn)生光子效應(yīng)，使材料電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)量電學(xué)性質(zhì)的變化，可以知道紅外輻射的強(qiáng)弱。利用光子效應(yīng)所制成的紅外傳感器，統(tǒng)稱(chēng)光子傳感器。光子傳感器的主要特點(diǎn)是：靈敏度高、響應(yīng)速度快、具有較高的響應(yīng)頻率。但一般需在低溫下工作，探測(cè)波段較窄。按照光子傳感器的工作原理，一般可分為內(nèi)光電和外光電傳感器兩種，后者又分為光電導(dǎo)傳感器、光生伏特傳感器和光磁電傳感器等三種。26二、光子傳感器光子傳感器是利用某些半導(dǎo)體材料在入射光的照射

1．外光電傳感器(PE器件)

當(dāng)光輻射照在某些材料的表面上時(shí)，若入射光的光子能量足夠大，就能使材料的電子選出表面，向外發(fā)射出電子，這種現(xiàn)象叫外光電效應(yīng)或光電子發(fā)射效應(yīng)。光電二極管、光電倍增管等便屬于這種類(lèi)型的電子傳感器。它的響應(yīng)速度比較快，一般只需幾個(gè)毫微秒。但電子逸出需要較大的光子能量，只適宜于近紅外輻射或可見(jiàn)光范圍內(nèi)使用。271．外光電傳感器(PE器件)當(dāng)光輻射照在2．光電導(dǎo)傳感器（PC器件）當(dāng)紅外輻射照射在某些半導(dǎo)體材料表面上時(shí)，半導(dǎo)體材料中有些電子和空穴可以從原來(lái)不導(dǎo)電的束縛狀態(tài)變?yōu)槟軐?dǎo)電的自由狀態(tài)，使半導(dǎo)體的導(dǎo)電率增加，這種現(xiàn)象叫光電導(dǎo)現(xiàn)象。利用光電導(dǎo)現(xiàn)象制成的傳感器稱(chēng)為光電導(dǎo)傳感器，如PbS、PbSe、InSb、HgCdTe等材料都可制造光電導(dǎo)傳感器。使用光電導(dǎo)傳感器時(shí)，需要制冷和加上一定的偏壓，否則會(huì)使響應(yīng)率降低、噪聲大、響應(yīng)波段窄，以致使紅外傳感器損壞。282．光電導(dǎo)傳感器（PC器件）當(dāng)紅外輻射照射在某些半導(dǎo)體材料表

3．光生伏特傳感器（PU器件）當(dāng)紅外輻射照射在某些半導(dǎo)體材料的pn結(jié)上時(shí)，在結(jié)內(nèi)電場(chǎng)的作用下，自由電子移向n區(qū)，空穴移向P區(qū)。如果pn結(jié)開(kāi)路，則在pn結(jié)兩端便產(chǎn)生一個(gè)附加電勢(shì)，稱(chēng)為光生電動(dòng)勢(shì)。利用這個(gè)效應(yīng)制成的傳感器稱(chēng)為光生伏特傳感器或pn結(jié)傳感器。常用的材料為InAs、InSb、HgCdTe、PbSnTe等幾種。293．光生伏特傳感器（PU器件）當(dāng)紅外輻射照射在某些半導(dǎo)體材

4．光磁電傳感器（PEM器件）當(dāng)紅外輻射照射在某些半導(dǎo)體材料的表面上時(shí)，材料表面的電子和空穴將向內(nèi)部擴(kuò)散，在擴(kuò)散中若受強(qiáng)磁場(chǎng)的作用，電子與空穴則各偏向一邊，因而產(chǎn)生開(kāi)路電壓，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光磁電效應(yīng)。利用此效應(yīng)制成的紅外傳感器，叫做光磁電傳感器。光磁電傳感器不需要致冷，響應(yīng)波段可達(dá)7μm左右、時(shí)間常數(shù)小、響應(yīng)速度快、不用加偏壓、內(nèi)阻極低、噪聲小、有良好的穩(wěn)定性和可靠性。但其靈敏度低、低噪聲前置放大器制作困難，因而影響了使用。304．光磁電傳感器（PEM器件）當(dāng)紅外輻射照射在某些半導(dǎo)體材紅外傳感器的性能參數(shù)一、電壓響應(yīng)

當(dāng)（經(jīng)過(guò)調(diào)制的）紅外輻射照射到傳感器的敏感面上時(shí)，傳感器的輸出電壓與輸入紅外輻射功率之比，叫做傳感器的電壓響應(yīng)率，記作RV式中：US：紅外傳感器的輸出電壓P0：投射到紅外敏感元件單位面積上的功率A：紅外傳感器敏感元件的面積31紅外傳感器的性能參數(shù)一、電壓響應(yīng)式中：31二、響應(yīng)波長(zhǎng)范圍響應(yīng)波長(zhǎng)范圍（或稱(chēng)光譜響應(yīng)）是表示傳感器的電壓響應(yīng)率與入射的紅外輻射波長(zhǎng)之間的關(guān)系，一般用曲線(xiàn)表示（下頁(yè)圖）。一般將響應(yīng)率最大值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)稱(chēng)為峰值波長(zhǎng)。把響應(yīng)率下降到響應(yīng)值的一半所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)稱(chēng)為截止波長(zhǎng)，它表示著紅外傳感器使用的波長(zhǎng)范圍。32二、響應(yīng)波長(zhǎng)范圍響應(yīng)波長(zhǎng)范圍（或稱(chēng)光譜響應(yīng)）是表示傳感器的電紅外傳感器的電壓響應(yīng)率曲線(xiàn)曲線(xiàn)1：熱電傳感器的電壓響應(yīng)率曲線(xiàn)（與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)）曲線(xiàn)2：光子傳感器的電壓響應(yīng)率曲線(xiàn)33紅外傳感器的電壓響應(yīng)率曲線(xiàn)曲線(xiàn)1：熱電傳感器的電壓響應(yīng)率曲線(xiàn)

三、噪聲等效功率如果投射到紅外傳感器敏感元件上的輻射功率所產(chǎn)生的輸出電壓，正好等于傳感器本身的噪聲電壓，則這個(gè)輻射功率就叫做“噪聲等效功率”。通常用符號(hào)“NEP”表示其中：Us為紅外探測(cè)器的輸出電壓；P0為投射到紅外敏感元件單位面積上的功率；A0為紅外敏感元面積；UN為紅外探測(cè)器的綜合噪聲電壓；RV為紅外探測(cè)器的電壓響應(yīng)率。34三、噪聲等效功率如果投射到紅外傳感器敏感元件四、探測(cè)率探測(cè)率是噪聲等效功率的倒數(shù)，即：紅外傳感器的探測(cè)率越高，表明傳感器所能探測(cè)到的最小輻射功率越小，傳感器就越靈敏。

35四、探測(cè)率探測(cè)率是噪聲等效功率的倒數(shù)，即：紅外傳感器的探測(cè)率五、比探測(cè)率比探測(cè)率又叫歸一化探測(cè)率，或者叫探測(cè)靈敏度。實(shí)質(zhì)上就是當(dāng)傳感器的敏感元件面積為單位面積，放大器的帶寬△f為1Hz時(shí)，單位功率的輻射所獲得的信號(hào)電壓與噪聲電壓之比。通常用符號(hào)D*表示。（式16-12，p.330）36五、比探測(cè)率比探測(cè)率又叫歸一化探測(cè)率，或者叫探

六、時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)表示紅外傳感器的輸出信號(hào)隨紅外輻射變化的速率。輸出信號(hào)滯后于紅外輻射的時(shí)間，稱(chēng)為傳感器的時(shí)間常數(shù)，在數(shù)值上為：

τ＝1／2πfc式中fc為響應(yīng)率下降到最大值的0.707（3dB）時(shí)的調(diào)制頻率。熱傳感器的熱慣性和RC參數(shù)較大，其時(shí)間常數(shù)大于光子傳感器，一般為毫秒級(jí)或更長(zhǎng)；而光子傳感器的時(shí)間常數(shù)一般為微秒級(jí)。37六、時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)表示紅外傳感器的輸出信號(hào)隨紅外輻射變化紅外傳感器使用中應(yīng)注意的問(wèn)題(1)使用紅外傳感器時(shí)，必須首先注意了解它的性能指標(biāo)和應(yīng)用范圍，掌握它的使用條件；(2)選擇傳感器時(shí)要注意它的工作溫度。一般要選擇能在室溫工作的紅外傳感器，設(shè)備簡(jiǎn)單，使用方便，成本低廉，便于維護(hù)；(3)適當(dāng)調(diào)整紅外傳感器的工作點(diǎn)。一般情況下，傳感器有一個(gè)最佳工作點(diǎn)。只有工作在最佳偏流工作點(diǎn)時(shí)，紅外傳感器的信噪比最大。實(shí)際工作點(diǎn)最好稍低于最佳工作點(diǎn)；(4)選用適當(dāng)?shù)那爸梅糯笃髋c紅外傳感器相配合，以獲得最佳的探測(cè)效果；(5)調(diào)制頻率與紅外傳感器的頻率響應(yīng)相匹配；(6)傳感器的光學(xué)部分不能用手去摸、擦，防止損傷與沾污；(7)傳感器存放時(shí)注意防潮、防振和防腐蝕。38紅外傳感器使用中應(yīng)注意的問(wèn)題(1)使用紅外傳感器時(shí)，必須首先紅外測(cè)溫紅外測(cè)溫的特點(diǎn)紅外測(cè)溫原理39紅外測(cè)溫紅外測(cè)溫的特點(diǎn)39紅外測(cè)溫的特點(diǎn)(1)紅外測(cè)溫是遠(yuǎn)距離和非接觸測(cè)溫，特別適合于高速運(yùn)動(dòng)物體、帶電體、高溫及高壓物體的溫度測(cè)量；(2)紅外測(cè)溫反應(yīng)速度快。它不需要與物體達(dá)到熱平衡的過(guò)程。只要接收到目標(biāo)的紅外輻射即可定溫。反映時(shí)間一般都在毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)。(3)紅外測(cè)溫靈敏度高。因?yàn)槲矬w的輻射能量與溫度的四次方成正比。物體溫度微小的變化，就會(huì)引起輻射能量成倍的變化，紅外傳感器即可迅速地檢測(cè)出來(lái)；(4)紅外測(cè)溫準(zhǔn)確度較高。由于是非接觸測(cè)量，不會(huì)破壞物體原來(lái)溫度分布狀況，因此測(cè)出的溫度比較真實(shí)。其測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)到0.1℃以?xún)?nèi)，甚至更??；(5)紅外測(cè)溫范圍廣泛?？蓽y(cè)攝氏零下幾十度到零上幾千度的溫度范圍。40紅外測(cè)溫的特點(diǎn)(1)紅外測(cè)溫是遠(yuǎn)距離和非接觸測(cè)溫，特別適合于紅外測(cè)溫原理紅外測(cè)溫有幾種方法，這里只介紹全輻射測(cè)溫。全輻射測(cè)溫是測(cè)量物體所輻射出來(lái)的全波段輻射能量來(lái)決定物體的溫度。它是斯蒂芬一玻爾茲曼定律的應(yīng)用，定律表達(dá)式為：

W=εδT4式中：W-物體的全波輻射出射度，單位面積所發(fā)射的輻射功率；ε-物體表面的法向比輻射率；δ-斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)；T-物體的絕村溫度（K）。一般物體的ε總是在0與1之間，ε=1的物體叫做黑體。T越大，物體的輻射功率就愈大。41紅外測(cè)溫原理紅外測(cè)溫有幾種方法，這里只介紹全輻射測(cè)溫。全輻射紅外輻射測(cè)溫儀它由光學(xué)系統(tǒng)、調(diào)制器、紅外傳感器、放大器和指示器等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)可以是透射式的、也可以是反射式的。透射式光學(xué)系統(tǒng)的部件是用紅外光學(xué)材料制成的。42紅外輻射測(cè)溫儀它由光學(xué)系統(tǒng)、調(diào)制器、紅外傳感器、放大器和指示紅外測(cè)溫儀方框圖43紅外測(cè)溫儀方框圖43光學(xué)材料一般測(cè)量高溫（700℃以上）儀器，有用波段主要在0.76-3μm的近紅外區(qū)，可選用一般光學(xué)玻璃或石英等材料。測(cè)量中溫(100-700℃)儀器，有用波段主要在3-5μm的中紅外區(qū)，多采用氟化鎂、氧化鎂等熱壓光學(xué)材料。測(cè)量低溫(100℃以下)儀器，有用波段主要在5-14μm的中遠(yuǎn)紅外波段，多采用鍺、硅、熱壓硫化鋅等材料。44光學(xué)材料一般測(cè)量高溫（700℃以上）儀器，有用波段主要在0說(shuō)明一般還在鏡片表面蒸鍍紅外增透層。一方面濾掉不需要的波段，另一方面增大有用波段的透射率。調(diào)制器就是把紅外輻射調(diào)制成交變輻射的裝置。一般是用微電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)齒輪盤(pán)或等距離孔盤(pán)，通過(guò)齒輪盤(pán)或帶孔盤(pán)旋轉(zhuǎn)，切割入射輻射而使投射到紅外傳感器上的輻射信號(hào)成交變的。因?yàn)橄到y(tǒng)對(duì)交變信號(hào)處理比較容易，并能取得較高的信噪比。45說(shuō)明一般還在鏡片表面蒸鍍紅外增透層。一方面濾掉不需要的波段，紅外成像紅外成像原理紅外成像儀46紅外成像紅外成像原理46紅外成像原理Introduction紅外變像管成像紅外攝像管47紅外成像原理Introduction47Introduction

在許多場(chǎng)合，人們不僅需要知道物體表面的平均溫度，更需要了解物體的溫度分布情況，以便分析、研究物體的結(jié)構(gòu)，探測(cè)內(nèi)部缺陷。紅外成像就能將物體的溫度分布以圖像的形式直觀地顯示出來(lái)。48Introduction

在許多場(chǎng)合，人一、紅外變像管成像當(dāng)物體的紅外輻射通過(guò)物鏡照射到光電陰極上時(shí)，光電陰極表面的紅外敏感材料-蒸涂的半透明銀氧銫，接收輻射后，便發(fā)射光電子。光電陰極表面發(fā)射的光電子密度的分布，與表面的輻照度的大小成正比，也就是與物體發(fā)射的紅外輻射成正比。光電陰極發(fā)射的光電子在電場(chǎng)的作用下飛向熒光屏，熒光屏上的熒光物質(zhì)受到高速電子的轟擊后便發(fā)出可見(jiàn)光?？梢?jiàn)光輝度與轟擊的電子密度的大小成比例，即與物體紅外輻射的分布成比例。這樣，物體的紅外圖像便被轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光圖像。人們通過(guò)觀察熒光屏上的輝度明暗，便可知道物體各部位溫度的高低。49一、紅外變像管成像當(dāng)物體的紅外輻射通過(guò)物鏡照射到光電陰極上時(shí)紅外變像管1一光電陰極2一引管3一屏蔽環(huán)4一聚焦加速極5一熒光屏紅外變像管是直接把物體紅外圖像變成可見(jiàn)圖像的電真空器件，主要由光電陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成，并安裝在高度真空的密封玻璃殼內(nèi)50紅外變像管1一光電陰極紅外變像管是直接把物體紅外圖像變成可見(jiàn)

二、紅外攝像管紅外攝像管是將物體的紅外輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)電子系統(tǒng)放大處理，再還原為光學(xué)像的成像裝置。例：光導(dǎo)攝像管、硅靶攝像管和熱釋電攝像管前二者是工作在可見(jiàn)光或近紅外區(qū)的，而后者工作波段長(zhǎng)（？）。51二、紅外攝像管紅外攝像管是將物體的紅外輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)熱釋電攝像管52熱釋電攝像管52熱釋電攝像管原理靶面為一熱釋電材料薄片，在接收輻射的一面覆以一層對(duì)紅外輻射透明的導(dǎo)電膜。當(dāng)經(jīng)過(guò)調(diào)制的紅外輻射經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像在靶上時(shí)，靶面吸收紅外輻射，溫度升高并釋放出電荷。靶面各點(diǎn)的熱釋電荷與靶面各點(diǎn)溫度的變化成正比，且與靶面的輻照度成正比。因而，靶面各點(diǎn)的熱釋電量與靶面的輻照度成正比。當(dāng)電子束在外加偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)和縱向聚焦磁場(chǎng)的作用下掃過(guò)靶面時(shí)，就得到與靶面電荷分布相一致的視頻信號(hào)。通過(guò)導(dǎo)電膜取出視頻信號(hào)，送視頻放大器放大，再送到控制顯像系統(tǒng)，在顯像系統(tǒng)的屏幕上便可見(jiàn)到與物體紅外輻射相對(duì)應(yīng)的熱像圖。53熱釋電攝像管原理靶面為一熱釋電材料薄片，在接收輻射的一面覆以注意值得注意的是：熱釋電材料只有在溫度變化的過(guò)程中才產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)，溫度一旦穩(wěn)定，熱釋電就消失。所以，當(dāng)對(duì)靜止物體成像時(shí)，必須對(duì)物體的輻射進(jìn)行調(diào)制。對(duì)于運(yùn)動(dòng)物體，可在無(wú)調(diào)制的情況下成像。54注意值得注意的是：熱釋電材料只有在溫度變化的過(guò)程中才產(chǎn)生熱紅外分析儀分類(lèi)目的原理55紅外分析儀分類(lèi)55分類(lèi)

根據(jù)不同的目的與要求，紅外分析儀可設(shè)計(jì)成多種不同的形式，如紅外氣體分析儀、紅外分光光度計(jì)、紅外光譜儀等。56分類(lèi)根據(jù)不同的目的與要求，紅外分析儀可設(shè)計(jì)成多種不同目的

識(shí)別物質(zhì)分子的類(lèi)型分析物質(zhì)組成分析和計(jì)算物質(zhì)組成百分比57目的識(shí)別物質(zhì)分子的類(lèi)型57原理紅外分析儀是根據(jù)物質(zhì)的吸收特性來(lái)進(jìn)行工作的。許多化合物的分子在紅外波段都有吸收帶，而且因物質(zhì)的分子不同，吸收帶所在的波長(zhǎng)和吸收的強(qiáng)弱也不相同。根據(jù)吸收帶分布的情況與吸收的強(qiáng)弱，可以識(shí)別物質(zhì)分子的類(lèi)型，從而得出物質(zhì)的組成及百分比。58原理紅外分析儀是根據(jù)物質(zhì)的吸收特性來(lái)進(jìn)行工作的。58醫(yī)用二氧化碳?xì)怏w分析儀醫(yī)用二氧化碳?xì)怏w分析儀，是利用二氧化碳?xì)怏w對(duì)波長(zhǎng)為4.3μm的紅外輻射有強(qiáng)烈的吸收特性而進(jìn)行測(cè)量分析的，主要用來(lái)測(cè)量、分析二氧化碳?xì)怏w的濃度。對(duì)比通過(guò)一海里長(zhǎng)度的大氣透過(guò)率曲線(xiàn),同學(xué)們又發(fā)現(xiàn)了什么呢?59醫(yī)用二氧化碳?xì)怏w分析儀醫(yī)用二氧化碳?xì)怏w分析儀，是利用二氧6060醫(yī)用二氧化碳?xì)怏w分析儀光系統(tǒng)圖61醫(yī)用二氧化碳?xì)怏w分析儀光系統(tǒng)圖61醫(yī)用二氧化碳?xì)怏w分析儀電子線(xiàn)路圖62醫(yī)用二氧化碳?xì)怏w分析儀電子線(xiàn)路圖62醫(yī)用二氧化碳分析儀組成由紅外光源、調(diào)制系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)氣室、測(cè)量氣室、紅外傳感器等部分組成。在標(biāo)準(zhǔn)氣室里充滿(mǎn)了沒(méi)有二氧化碳的氣體（或含有定量二氧化碳的氣體）。待測(cè)氣體經(jīng)采氣裝置，由進(jìn)氣口進(jìn)入測(cè)量氣室。調(diào)節(jié)紅外光源，使之分別通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)氣室和測(cè)量氣室。采用干涉濾光片濾光，只允許波長(zhǎng)4.3±0.15μm的紅外輻射通過(guò)，此波段正好是二氧化碳的吸收帶。63醫(yī)用二氧化碳分析儀組成由紅外光源、調(diào)制系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)氣室、測(cè)量氣醫(yī)用二氧化碳分析儀原理假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)氣室中沒(méi)有二氧化碳?xì)怏w，而進(jìn)入測(cè)量氣室中的被測(cè)氣體也不含二氧化碳?xì)怏w時(shí)，則紅外光源的輻射經(jīng)過(guò)兩個(gè)氣室后，射出的兩束紅外輻射完全相等。紅外傳感器相當(dāng)于接收一束恒定不變的紅外輻射，因此可看成只有直流響應(yīng)，接于傳感器后面的交流放大器是沒(méi)有輸出的。當(dāng)進(jìn)入測(cè)量氣室中的被測(cè)氣體里含有二氧化碳時(shí)，射入氣室的紅外輻射中的4.3±0.15μm波段紅外輻射被二氧化碳吸收，使測(cè)量氣室中出來(lái)的紅外輻射比標(biāo)準(zhǔn)氣室中出米的紅外輻射弱。被測(cè)氣室中二氧化碳濃度越大，兩個(gè)氣室出來(lái)的紅外輻射強(qiáng)度差別越大。紅外傳感器交替接收兩束不等的紅外輻射后，將輸出一個(gè)交變電信號(hào)，經(jīng)過(guò)電子系統(tǒng)處理與適當(dāng)標(biāo)定后，就可以根據(jù)輸出信號(hào)的大小來(lái)判斷被測(cè)氣體中含二氧化碳的濃度。64醫(yī)用二氧化碳分析儀原理假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)氣室中沒(méi)有二氧化碳?xì)怏w，而進(jìn)入紅外無(wú)損檢測(cè)前言金屬材料焊接缺陷的無(wú)損檢測(cè)金屬鑄件內(nèi)部缺陷探測(cè)金屬材料疲勞裂紋探測(cè)65紅外無(wú)損檢測(cè)前言65前言紅外無(wú)損檢測(cè)是上世紀(jì)60年代后發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，通過(guò)測(cè)量熱流或熱量來(lái)鑒定金屬或非金屬材料質(zhì)量、探測(cè)內(nèi)部缺陷。對(duì)于某些采用x射線(xiàn)、超聲波等無(wú)法探測(cè)的局部缺陷，用紅外無(wú)損檢可取得較好的效果。紅外無(wú)損檢測(cè)分主動(dòng)式和被動(dòng)式兩類(lèi)：主動(dòng)式是人為地在被測(cè)物體上注入(或移出)固定熱量，探測(cè)物體表面熱量或熱流變化規(guī)律，并以此分析判斷物體的質(zhì)量。被動(dòng)式則是用物體自身的熱輻射作為輻射源，探測(cè)其輻射的強(qiáng)弱或分布情況，判斷物體內(nèi)部有無(wú)缺陷。66前言紅外無(wú)損檢測(cè)是上世紀(jì)60年代后發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，通過(guò)測(cè)1、金屬材料焊接缺陷的無(wú)損檢測(cè)

焊口表面起伏不平，采用x射線(xiàn)、超聲波、渦流等方法難于發(fā)現(xiàn)缺陷。而紅外無(wú)損檢測(cè)則不受表面形狀限制，能方便和快速地發(fā)現(xiàn)焊接區(qū)域的各種缺陷。671、金屬材料焊接缺陷的無(wú)損檢測(cè)焊口表面起伏不平，采用焊接缺陷的無(wú)損檢測(cè)68焊接缺陷的無(wú)損檢測(cè)68焊接缺陷的無(wú)損檢測(cè)的原理若將一交流電壓加在焊接區(qū)的兩端，在焊口上會(huì)有交流電流通過(guò)。由于電流的集膚效應(yīng)，靠近表面的電流密度將比下層大。由于電流的作用，焊口將產(chǎn)生一定的熱量，熱量的大小正比于材料的電阻率和電流密度的平方。在沒(méi)有缺陷的焊接區(qū)內(nèi)，電流分布是均勻的，各處產(chǎn)生的熱量大致相等，焊接區(qū)的表面溫度分布是均勻的。而存在缺陷的焊接區(qū)，由于缺陷（氣孔）的電阻很大，使這一區(qū)域損耗增加，溫度升高。應(yīng)用紅外測(cè)溫設(shè)備即可清楚地測(cè)量出熱點(diǎn)，由此可斷定熱點(diǎn)下面存在著焊接缺陷。69焊接缺陷的無(wú)損檢測(cè)的原理若將一交流電壓加在焊接區(qū)的兩端，在焊交流電加熱的優(yōu)勢(shì)

（焊接缺陷的無(wú)損檢測(cè)）采用交流電加熱的好處是可通過(guò)改變電源頻率來(lái)控制電流的透入深度。低頻電流透入較深，對(duì)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部深處缺陷有利；高頻電流集膚效應(yīng)強(qiáng)，表面溫度特性比較明顯。但表面電流密度增加后，材料可能達(dá)到飽和狀態(tài)，可變更電流沿深度方分布，使近表面產(chǎn)生的電流密度趨向均勻，給探測(cè)造成不利。70交流電加熱的優(yōu)勢(shì)

（焊接缺陷的無(wú)損檢測(cè)）采用交流電加熱的好處2、金屬鑄件內(nèi)部缺陷探測(cè)當(dāng)用紅外無(wú)損探測(cè)時(shí)，只需在鑄件內(nèi)部通以液態(tài)氟利昂冷卻，使冷卻通道內(nèi)有最好的冷卻效果，然后利用紅外熱像儀快速掃描鑄件整個(gè)表面，如果通道內(nèi)有殘余型芯或者壁厚不勻，在熱圖中即可明顯地看出。冷卻通道暢通，冷卻效果良好，熱圖上顯示出一系列均勻的白色條紋；冷卻通道阻塞，冷卻液體受阻，則在阻塞處顯示出黑色條紋。712、金屬鑄件內(nèi)部缺陷探測(cè)當(dāng)用紅外無(wú)損探測(cè)時(shí)，只需在鑄件內(nèi)部3、疲勞裂紋探測(cè)為了探測(cè)出疲勞裂紋位置，采用一個(gè)點(diǎn)輻射源在蒙皮表面一個(gè)小面積上注入能量。然后，用紅外輻射溫度計(jì)測(cè)量表面溫度。如果在蒙皮表面或表面附近存在疲勞裂紋，則熱傳導(dǎo)受到影響，在裂紋附近熱量不能很快傳輸出去，使裂紋附近表面溫度很快升高。即當(dāng)輻射源分別移到裂紋兩邊時(shí)，由于裂紋不讓熱流通過(guò)，因而兩邊溫度都很高。當(dāng)熱源移到裂紋上時(shí)，表面溫度下降到正常溫度。然而在實(shí)際測(cè)量中，由于受輻射源尺寸的限制，輻射源和紅外探測(cè)器位置的影響，以及高速掃描速度的影響，從而使溫度曲線(xiàn)呈現(xiàn)出實(shí)線(xiàn)的形狀。(a)樣品表面掃描示意圖；(b)表面溫度分布曲線(xiàn)（虛線(xiàn)表示裂紋兩邊理論上的溫度分布曲線(xiàn)）723、疲勞裂紋探測(cè)為了探測(cè)出疲勞裂紋位置，采用一個(gè)點(diǎn)紅外探測(cè)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用紅外探測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)紅外探測(cè)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用73紅外探測(cè)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用紅外探測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)73紅外探測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)(1)紅外輻射看不見(jiàn)，可以避開(kāi)敵方目視觀察；(2)白天黑均可使用，特別適于夜戰(zhàn)的場(chǎng)合；(3)采用被動(dòng)接收系統(tǒng)，比用無(wú)線(xiàn)電雷達(dá)或可見(jiàn)光裝置安全、隱蔽、不易受干擾、保密性強(qiáng)；(4)利用目標(biāo)和背景輻射特性的差異，能較好地識(shí)別各種軍事目標(biāo)，特別是可以發(fā)現(xiàn)偽裝的軍事目標(biāo)；(5)分辨率比微波好，比可見(jiàn)光更能適應(yīng)天氣條件。紅外探測(cè)的缺點(diǎn)是工作時(shí)受云霧的影響很大，有的紅外設(shè)備在氣候惡劣時(shí)幾乎不能正常工作。74紅外探測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)(1)紅外輻射看不見(jiàn)，可以避開(kāi)敵方目視觀察紅外探測(cè)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用紅外偵察：紅外掃描器；紅外觀察儀；紅外夜視儀及紅外低溫測(cè)溫儀紅外雷達(dá)75紅外探測(cè)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用紅外偵察：紅外掃描器；紅外觀察儀；本章小結(jié)概念:紅外線(xiàn)、紅外傳感器、熱釋電效應(yīng)、噪聲等效功率問(wèn)題1:試說(shuō)明熱傳感器與光子傳感器的區(qū)別？問(wèn)題2:試說(shuō)明焊接缺陷的紅外無(wú)損檢測(cè)的工作原理。76本章小結(jié)概念:紅外線(xiàn)、紅外傳感器、熱釋電效應(yīng)、噪聲等效功率鐵電體與壓電體和熱釋電體關(guān)系鐵電體必然具有壓電性和熱釋電性。具有熱釋電性的晶體，必定具有壓電性，但并不一定具有鐵電性，如熱釋電晶體電氣石、CdS、Li2SO4、H2O等；一般電介質(zhì)鐵電體熱釋電體壓電體壓電晶體比如水晶、鍺酸鉍等不具有熱釋電性和鐵電性。當(dāng)然，談到某種具體是用于壓電體還是鐵電體，不能離開(kāi)具體的溫度條件，只有在鐵電居里點(diǎn)以下，晶體才會(huì)呈現(xiàn)鐵電性．77鐵電體與壓電體和熱釋電體關(guān)系鐵電體必然具有壓電性和熱釋電性。紅外傳感器78紅外傳感器1紅外輻射的基本知識(shí)紅外傳感器紅外測(cè)溫紅外成像紅外分析儀紅外無(wú)損檢測(cè)本章小結(jié)本章主要內(nèi)容79紅外輻射的基本知識(shí)本章主要內(nèi)容2紅外輻射的基本知識(shí)本小節(jié)的主要內(nèi)容：1.

紅外輻射2.紅外輻射術(shù)語(yǔ)3.

紅外幅射源80紅外輻射的基本知識(shí)本小節(jié)的主要內(nèi)容：3紅外輻射紅外輻射俗稱(chēng)紅外線(xiàn)，它是一種人眼看不見(jiàn)的光線(xiàn)。但實(shí)際上它和其它任何光線(xiàn)一樣，也是一種客觀存在的物質(zhì)。任何物體，只要它的溫度高于絕對(duì)零度，就有紅外線(xiàn)向周?chē)臻g輻射。紅外線(xiàn)是位于可見(jiàn)光中紅光以外的光線(xiàn)．故稱(chēng)為紅外線(xiàn)。它的波長(zhǎng)范圍大致在0.76μm到1000μm的頻譜范圍之內(nèi)。相對(duì)應(yīng)的頻率大致在4×1014-3×1011Hz之間紅外線(xiàn)與可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)、X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)和微波、無(wú)線(xiàn)電波一起構(gòu)成了整個(gè)無(wú)限連續(xù)的電磁波譜。81紅外輻射紅外輻射俗稱(chēng)紅外線(xiàn)，它是一種人眼看不見(jiàn)的光線(xiàn)。但實(shí)際電磁波譜圖82電磁波譜圖5紅外分區(qū)：在紅外技術(shù)中，一般將紅

外輻射分為4個(gè)區(qū)域

近紅外區(qū):770nm~1.5μm

中紅外區(qū):1.5μm

~6μm

遠(yuǎn)紅外區(qū):6μm~40μm

極遠(yuǎn)紅外區(qū):40μm~1000μm注意：這里所說(shuō)的遠(yuǎn)近是指紅外輻射在電磁波譜中與可見(jiàn)光的距離。83紅外分區(qū)：在紅外技術(shù)中，一般將紅

外輻射分紅外輻射的物理本質(zhì)紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。物體的溫度越高，輻射出來(lái)的紅外線(xiàn)越多，紅外輻射的能量就越強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)光譜各種單色光的熱效應(yīng)從紫色光到紅色光是逐漸增大的，而且最大的熱效應(yīng)出現(xiàn)在紅外輻射的頻率范圍內(nèi)，因此人們又將紅外輻射稱(chēng)為熱輻射或熱射線(xiàn)。實(shí)驗(yàn)表明：波長(zhǎng)在0.1—1000μm之間的電磁波被物體吸收時(shí)，可以顯著地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮??？梢?jiàn)，載能電磁波是熱輻射傳播的主要媒介物。84紅外輻射的物理本質(zhì)紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。物體的溫度越高紅外吸收及紅外窗口紅外輻射在大氣中傳播時(shí)，由于大氣中的氣體分子、水蒸汽以及固體微粒、塵埃等物質(zhì)的吸收和散射作用，使輻能在傳輸過(guò)程中逐漸衰減?？諝庵袑?duì)稱(chēng)的雙原于分子，如N2，H2，O2不吸收紅外輻射，因而不會(huì)造成紅外輻射在傳輸過(guò)程中衰減。紅外輻射在通過(guò)大氣層時(shí)被分割成三個(gè)波段，即2~2.6μm，3~5μm和8~14μm，統(tǒng)稱(chēng)為“大氣窗口”。這三個(gè)大氣窗口對(duì)紅外技術(shù)應(yīng)用特別重要，因?yàn)橐话慵t外儀器都工作在這三個(gè)窗口之內(nèi)。85紅外吸收及紅外窗口紅外輻射在大氣中傳播時(shí)，由于大氣中的氣體分通過(guò)一海里長(zhǎng)度的大氣透過(guò)率曲線(xiàn)為什么2-2.6μm，3-5μm和8-14μm這三個(gè)波段被稱(chēng)為“大氣窗口”呢？86通過(guò)一海里長(zhǎng)度的大氣透過(guò)率曲線(xiàn)為什么2-2.6μm，3-5μ紅外輻射術(shù)語(yǔ)(1)87紅外輻射術(shù)語(yǔ)(1)10紅外輻射術(shù)語(yǔ)(2)88紅外輻射術(shù)語(yǔ)(2)11紅外幅射源當(dāng)物體溫度高于絕對(duì)零度時(shí)，都有紅外線(xiàn)向周?chē)臻g輻射出來(lái)根據(jù)輻射源幾何尺寸的大小，距探測(cè)器的遠(yuǎn)近，又分為點(diǎn)源和面源點(diǎn)源(沒(méi)有充滿(mǎn)紅外光學(xué)系統(tǒng)瞬時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的大面源叫做點(diǎn)源)面源(一般情況下，把充滿(mǎn)紅外光學(xué)系統(tǒng)瞬時(shí)視場(chǎng)的大面輻射源叫做面源)89紅外幅射源當(dāng)物體溫度高于絕對(duì)零度時(shí)，都有紅外線(xiàn)向周?chē)臻g輻射紅外傳感器本小節(jié)的主要內(nèi)容：1.常見(jiàn)紅外傳感器2.紅外傳感器的性能參數(shù)3.紅外傳感器使用中應(yīng)注意的問(wèn)題90紅外傳感器本小節(jié)的主要內(nèi)容：13

紅外傳感器

紅外傳感器(也稱(chēng)為紅外探測(cè)器)是能將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電能的光敏器件，它是紅外探測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其性能好壞，將直接影響系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。因此，選擇合適的、性能良好的紅外傳感器，對(duì)于紅外探測(cè)系統(tǒng)是十分重要的。91紅外傳感器紅外傳感器(也稱(chēng)為紅外探測(cè)器)常見(jiàn)紅外傳感器一、熱傳感器二、光子傳感器熱效應(yīng)光電效應(yīng)92常見(jiàn)紅外傳感器一、熱傳感器熱效應(yīng)光電效應(yīng)15一、熱傳感器熱傳感器是利用入射紅外輻射引起傳感器的溫度變化，進(jìn)而使相關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化，通過(guò)測(cè)量有關(guān)物理參數(shù)的變化來(lái)確定紅外傳感器所吸收的紅外輻射。熱傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是：響應(yīng)波段寬、可以在室溫下工作、使用簡(jiǎn)單。但是，熱傳感器響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)、靈敏度較低，一般用于低頻調(diào)制的場(chǎng)合。熱傳感器主要類(lèi)型有：熱敏電阻型、熱電偶型、

高萊氣動(dòng)型和熱釋電型四種。93一、熱傳感器熱傳感器是利用入射紅外輻射引起傳感器的溫度變化，

1．熱敏電阻型傳感器熱敏電阻是由錳、鎳、鈷的氧化物混合后燒結(jié)而成的。熱敏電阻一般制成薄片狀，當(dāng)紅外輻射照射在熱敏電阻片上，其溫度升高，電阻值減小。測(cè)量熱敏電阻值變化的大小，即可得知入射紅外輻射的強(qiáng)弱，從而可以判斷產(chǎn)生紅外輻射物體的溫度。熱敏電阻型紅外傳感器結(jié)構(gòu)如下圖所示。941．熱敏電阻型傳感器熱敏電阻是由錳、鎳、鈷的氧化物混合后燒熱敏電阻型

紅外傳感器結(jié)構(gòu)熱敏電阻型紅外傳感器是由錳、鎳、鈷的氧化物混臺(tái)后燒結(jié)而制成。熱敏電阻一般制成薄片狀，當(dāng)紅外輻射照射在熱敏電阻上時(shí)，其溫度升高、內(nèi)部粒子的無(wú)規(guī)律運(yùn)動(dòng)加劇、自由電子的數(shù)目隨溫度升高而增加、電阻減小。95熱敏電阻型

紅外傳感器結(jié)構(gòu)熱敏電阻型紅外傳感器是由錳、鎳、鈷

2．熱電偶型傳感器材料：熱電偶是由熱電功率差別較大的兩種金屬材料(如鉍/銀、銅/康銅、鉍/鉍錫合金等)構(gòu)成。原理：當(dāng)紅外輻射入射到熱電偶回路的測(cè)溫接點(diǎn)上時(shí)，該接點(diǎn)溫度升高，而另一個(gè)沒(méi)有被紅外輻射輻照的接點(diǎn)處于較低的溫度，此時(shí)，在閉合回路中將產(chǎn)生溫差電流，同時(shí)回路中產(chǎn)生溫差電勢(shì)。溫差電勢(shì)的大小，反映了接點(diǎn)吸收紅外輻射的強(qiáng)弱。利用溫差電勢(shì)現(xiàn)象制成的紅外傳感器稱(chēng)為熱電偶型紅外傳感器，因其時(shí)間常數(shù)較大，響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)特性較差，調(diào)制頻率應(yīng)限制在10Hz以下。在實(shí)際應(yīng)用中，往往將幾個(gè)熱電偶串聯(lián)起來(lái)組成熱電堆來(lái)檢測(cè)紅外輻射的強(qiáng)弱。962．熱電偶型傳感器材料：熱電偶是由熱電功率差別較大的兩種金3．高萊氣動(dòng)型傳感器結(jié)構(gòu)原理973．高萊氣動(dòng)型傳感器結(jié)構(gòu)20高萊氣動(dòng)型傳感器結(jié)構(gòu)它有一個(gè)氣室，以一個(gè)小管道與一塊柔性薄片相連。薄片的背向管道一面是反射鏡。氣室的前面附有吸收膜,它是低熱容量的薄膜。在室的另一邊，一束可見(jiàn)光通過(guò)柵狀光欄聚焦在柔鏡上，經(jīng)柔鏡反射回來(lái)的柵狀圖像又經(jīng)過(guò)柵狀光欄投射到光電管上。98高萊氣動(dòng)型傳感器結(jié)構(gòu)它有一個(gè)氣室，以一個(gè)小管道與一塊柔性薄片高萊氣動(dòng)型傳感器原理高萊氣動(dòng)型傳感器是利用氣體吸收紅外輻射后，溫度升高，體積增大的特性，來(lái)反映紅外輻射的強(qiáng)弱。紅外輻射通過(guò)窗口入射到吸收膜上,吸收膜將吸收的熱能傳給氣體．使氣體溫度升高．氣壓增大，從而使柔鏡移動(dòng)。在室的另一邊，一束可見(jiàn)光通過(guò)城狀光欄聚焦在柔鏡上，經(jīng)柔鏡反射回來(lái)的柵狀圖像又經(jīng)過(guò)柵狀光欄投射到光電管上。當(dāng)柔鏡因壓力變化而移動(dòng)時(shí)．枷狀圖像與柵狀光欄發(fā)生相對(duì)位移，使落到光電管上的光量發(fā)生改變，光電管的輸出信號(hào)也發(fā)生改變．這個(gè)變化量就反映出入射紅外輻射的強(qiáng)弱。這種傳感器的恃點(diǎn)是靈敏度高，性能穩(wěn)定。但響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)度較差，只適合于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用。99高萊氣動(dòng)型傳感器原理高萊氣動(dòng)型傳感器是利用氣體吸收紅外輻射后4·熱釋電型傳感器熱釋電型傳感器是一種具有極化現(xiàn)象的熱晶體或稱(chēng)“鐵電體”。鐵電體的極化強(qiáng)度(單位面積上的電荷)與溫度有關(guān)。原理幾點(diǎn)注意1004·熱釋電型傳感器熱釋電型傳感器是一種具有極化現(xiàn)象的熱晶體或熱釋電型傳感器原理

當(dāng)紅外輻射照射到已經(jīng)極化的鐵電體薄片表面上時(shí)，引起薄片溫度升高，使其極化強(qiáng)度降低、表面電荷減少，這相當(dāng)于釋放一部分電荷，所以叫熱釋電型傳感器。如果將負(fù)載電阻與鐵電體薄片相連，則負(fù)載電阻上便產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)輸出。輸出信號(hào)的大小，取決于薄片溫度變化的快慢，從而反映出入射的紅外輻射的強(qiáng)弱。由此可見(jiàn)，熱釋電型紅外傳感器的電壓響應(yīng)率正比于入射輻射變化的速率。101熱釋電型傳感器原理當(dāng)紅外輻射照射到已經(jīng)極化幾點(diǎn)注意當(dāng)恒定的紅外輻射照射在熱釋電傳感器上時(shí)，傳感器沒(méi)有電信號(hào)輸出。只有鐵電體溫度處于變化過(guò)程中，才有電信號(hào)輸出。必須對(duì)紅外輻射進(jìn)行調(diào)制（或稱(chēng)斬光），使恒定的輻射變成交變輻射，不斷引起傳感器的溫度變化，才能導(dǎo)致熱釋電產(chǎn)生，并輸出交變的信號(hào)。102幾點(diǎn)注意當(dāng)恒定的紅外輻射照射在熱釋電傳感器上時(shí)，傳感器沒(méi)有電

二、光子傳感器光子傳感器是利用某些半導(dǎo)體材料在入射光的照射下，產(chǎn)生光子效應(yīng)，使材料電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)量電學(xué)性質(zhì)的變化，可以知道紅外輻射的強(qiáng)弱。利用光子效應(yīng)所制成的紅外傳感器，統(tǒng)稱(chēng)光子傳感器。光子傳感器的主要特點(diǎn)是：靈敏度高、響應(yīng)速度快、具有較高的響應(yīng)頻率。但一般需在低溫下工作，探測(cè)波段較窄。按照光子傳感器的工作原理，一般可分為內(nèi)光電和外光電傳感器兩種，后者又分為光電導(dǎo)傳感器、光生伏特傳感器和光磁電傳感器等三種。103二、光子傳感器光子傳感器是利用某些半導(dǎo)體材料在入射光的照射

1．外光電傳感器(PE器件)

當(dāng)光輻射照在某些材料的表面上時(shí)，若入射光的光子能量足夠大，就能使材料的電子選出表面，向外發(fā)射出電子，這種現(xiàn)象叫外光電效應(yīng)或光電子發(fā)射效應(yīng)。光電二極管、光電倍增管等便屬于這種類(lèi)型的電子傳感器。它的響應(yīng)速度比較快，一般只需幾個(gè)毫微秒。但電子逸出需要較大的光子能量，只適宜于近紅外輻射或可見(jiàn)光范圍內(nèi)使用。1041．外光電傳感器(PE器件)當(dāng)光輻射照在2．光電導(dǎo)傳感器（PC器件）當(dāng)紅外輻射照射在某些半導(dǎo)體材料表面上時(shí)，半導(dǎo)體材料中有些電子和空穴可以從原來(lái)不導(dǎo)電的束縛狀態(tài)變?yōu)槟軐?dǎo)電的自由狀態(tài)，使半導(dǎo)體的導(dǎo)電率增加，這種現(xiàn)象叫光電導(dǎo)現(xiàn)象。利用光電導(dǎo)現(xiàn)象制成的傳感器稱(chēng)為光電導(dǎo)傳感器，如PbS、PbSe、InSb、HgCdTe等材料都可制造光電導(dǎo)傳感器。使用光電導(dǎo)傳感器時(shí)，需要制冷和加上一定的偏壓，否則會(huì)使響應(yīng)率降低、噪聲大、響應(yīng)波段窄，以致使紅外傳感器損壞。1052．光電導(dǎo)傳感器（PC器件）當(dāng)紅外輻射照射在某些半導(dǎo)體材料表

3．光生伏特傳感器（PU器件）當(dāng)紅外輻射照射在某些半導(dǎo)體材料的pn結(jié)上時(shí)，在結(jié)內(nèi)電場(chǎng)的作用下，自由電子移向n區(qū)，空穴移向P區(qū)。如果pn結(jié)開(kāi)路，則在pn結(jié)兩端便產(chǎn)生一個(gè)附加電勢(shì)，稱(chēng)為光生電動(dòng)勢(shì)。利用這個(gè)效應(yīng)制成的傳感器稱(chēng)為光生伏特傳感器或pn結(jié)傳感器。常用的材料為InAs、InSb、HgCdTe、PbSnTe等幾種。1063．光生伏特傳感器（PU器件）當(dāng)紅外輻射照射在某些半導(dǎo)體材

4．光磁電傳感器（PEM器件）當(dāng)紅外輻射照射在某些半導(dǎo)體材料的表面上時(shí)，材料表面的電子和空穴將向內(nèi)部擴(kuò)散，在擴(kuò)散中若受強(qiáng)磁場(chǎng)的作用，電子與空穴則各偏向一邊，因而產(chǎn)生開(kāi)路電壓，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光磁電效應(yīng)。利用此效應(yīng)制成的紅外傳感器，叫做光磁電傳感器。光磁電傳感器不需要致冷，響應(yīng)波段可達(dá)7μm左右、時(shí)間常數(shù)小、響應(yīng)速度快、不用加偏壓、內(nèi)阻極低、噪聲小、有良好的穩(wěn)定性和可靠性。但其靈敏度低、低噪聲前置放大器制作困難，因而影響了使用。1074．光磁電傳感器（PEM器件）當(dāng)紅外輻射照射在某些半導(dǎo)體材紅外傳感器的性能參數(shù)一、電壓響應(yīng)

當(dāng)（經(jīng)過(guò)調(diào)制的）紅外輻射照射到傳感器的敏感面上時(shí)，傳感器的輸出電壓與輸入紅外輻射功率之比，叫做傳感器的電壓響應(yīng)率，記作RV式中：US：紅外傳感器的輸出電壓P0：投射到紅外敏感元件單位面積上的功率A：紅外傳感器敏感元件的面積108紅外傳感器的性能參數(shù)一、電壓響應(yīng)式中：31二、響應(yīng)波長(zhǎng)范圍響應(yīng)波長(zhǎng)范圍（或稱(chēng)光譜響應(yīng)）是表示傳感器的電壓響應(yīng)率與入射的紅外輻射波長(zhǎng)之間的關(guān)系，一般用曲線(xiàn)表示（下頁(yè)圖）。一般將響應(yīng)率最大值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)稱(chēng)為峰值波長(zhǎng)。把響應(yīng)率下降到響應(yīng)值的一半所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)稱(chēng)為截止波長(zhǎng)，它表示著紅外傳感器使用的波長(zhǎng)范圍。109二、響應(yīng)波長(zhǎng)范圍響應(yīng)波長(zhǎng)范圍（或稱(chēng)光譜響應(yīng)）是表示傳感器的電紅外傳感器的電壓響應(yīng)率曲線(xiàn)曲線(xiàn)1：熱電傳感器的電壓響應(yīng)率曲線(xiàn)（與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)）曲線(xiàn)2：光子傳感器的電壓響應(yīng)率曲線(xiàn)110紅外傳感器的電壓響應(yīng)率曲線(xiàn)曲線(xiàn)1：熱電傳感器的電壓響應(yīng)率曲線(xiàn)

三、噪聲等效功率如果投射到紅外傳感器敏感元件上的輻射功率所產(chǎn)生的輸出電壓，正好等于傳感器本身的噪聲電壓，則這個(gè)輻射功率就叫做“噪聲等效功率”。通常用符號(hào)“NEP”表示其中：Us為紅外探測(cè)器的輸出電壓；P0為投射到紅外敏感元件單位面積上的功率；A0為紅外敏感元面積；UN為紅外探測(cè)器的綜合噪聲電壓；RV為紅外探測(cè)器的電壓響應(yīng)率。111三、噪聲等效功率如果投射到紅外傳感器敏感元件四、探測(cè)率探測(cè)率是噪聲等效功率的倒數(shù)，即：紅外傳感器的探測(cè)率越高，表明傳感器所能探測(cè)到的最小輻射功率越小，傳感器就越靈敏。

112四、探測(cè)率探測(cè)率是噪聲等效功率的倒數(shù)，即：紅外傳感器的探測(cè)率五、比探測(cè)率比探測(cè)率又叫歸一化探測(cè)率，或者叫探測(cè)靈敏度。實(shí)質(zhì)上就是當(dāng)傳感器的敏感元件面積為單位面積，放大器的帶寬△f為1Hz時(shí)，單位功率的輻射所獲得的信號(hào)電壓與噪聲電壓之比。通常用符號(hào)D*表示。（式16-12，p.330）113五、比探測(cè)率比探測(cè)率又叫歸一化探測(cè)率，或者叫探

六、時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)表示紅外傳感器的輸出信號(hào)隨紅外輻射變化的速率。輸出信號(hào)滯后于紅外輻射的時(shí)間，稱(chēng)為傳感器的時(shí)間常數(shù)，在數(shù)值上為：

τ＝1／2πfc式中fc為響應(yīng)率下降到最大值的0.707（3dB）時(shí)的調(diào)制頻率。熱傳感器的熱慣性和RC參數(shù)較大，其時(shí)間常數(shù)大于光子傳感器，一般為毫秒級(jí)或更長(zhǎng)；而光子傳感器的時(shí)間常數(shù)一般為微秒級(jí)。114六、時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)表示紅外傳感器的輸出信號(hào)隨紅外輻射變化紅外傳感器使用中應(yīng)注意的問(wèn)題(1)使用紅外傳感器時(shí)，必須首先注意了解它的性能指標(biāo)和應(yīng)用范圍，掌握它的使用條件；(2)選擇傳感器時(shí)要注意它的工作溫度。一般要選擇能在室溫工作的紅外傳感器，設(shè)備簡(jiǎn)單，使用方便，成本低廉，便于維護(hù)；(3)適當(dāng)調(diào)整紅外傳感器的工作點(diǎn)。一般情況下，傳感器有一個(gè)最佳工作點(diǎn)。只有工作在最佳偏流工作點(diǎn)時(shí)，紅外傳感器的信噪比最大。實(shí)際工作點(diǎn)最好稍低于最佳工作點(diǎn)；(4)選用適當(dāng)?shù)那爸梅糯笃髋c紅外傳感器相配合，以獲得最佳的探測(cè)效果；(5)調(diào)制頻率與紅外傳感器的頻率響應(yīng)相匹配；(6)傳感器的光學(xué)部分不能用手去摸、擦，防止損傷與沾污；(7)傳感器存放時(shí)注意防潮、防振和防腐蝕。115紅外傳感器使用中應(yīng)注意的問(wèn)題(1)使用紅外傳感器時(shí)，必須首先紅外測(cè)溫紅外測(cè)溫的特點(diǎn)紅外測(cè)溫原理116紅外測(cè)溫紅外測(cè)溫的特點(diǎn)39紅外測(cè)溫的特點(diǎn)(1)紅外測(cè)溫是遠(yuǎn)距離和非接觸測(cè)溫，特別適合于高速運(yùn)動(dòng)物體、帶電體、高溫及高壓物體的溫度測(cè)量；(2)紅外測(cè)溫反應(yīng)速度快。它不需要與物體達(dá)到熱平衡的過(guò)程。只要接收到目標(biāo)的紅外輻射即可定溫。反映時(shí)間一般都在毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)。(3)紅外測(cè)溫靈敏度高。因?yàn)槲矬w的輻射能量與溫度的四次方成正比。物體溫度微小的變化，就會(huì)引起輻射能量成倍的變化，紅外傳感器即可迅速地檢測(cè)出來(lái)；(4)紅外測(cè)溫準(zhǔn)確度較高。由于是非接觸測(cè)量，不會(huì)破壞物體原來(lái)溫度分布狀況，因此測(cè)出的溫度比較真實(shí)。其測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)到0.1℃以?xún)?nèi)，甚至更?。?5)紅外測(cè)溫范圍廣泛。可測(cè)攝氏零下幾十度到零上幾千度的溫度范圍。117紅外測(cè)溫的特點(diǎn)(1)紅外測(cè)溫是遠(yuǎn)距離和非接觸測(cè)溫，特別適合于紅外測(cè)溫原理紅外測(cè)溫有幾種方法，這里只介紹全輻射測(cè)溫。全輻射測(cè)溫是測(cè)量物體所輻射出來(lái)的全波段輻射能量來(lái)決定物體的溫度。它是斯蒂芬一玻爾茲曼定律的應(yīng)用，定律表達(dá)式為：

W=εδT4式中：W-物體的全波輻射出射度，單位面積所發(fā)射的輻射功率；ε-物體表面的法向比輻射率；δ-斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)；T-物體的絕村溫度（K）。一般物體的ε總是在0與1之間，ε=1的物體叫做黑體。T越大，物體的輻射功率就愈大。118紅外測(cè)溫原理紅外測(cè)溫有幾種方法，這里只介紹全輻射測(cè)溫。全輻射紅外輻射測(cè)溫儀它由光學(xué)系統(tǒng)、調(diào)制器、紅外傳感器、放大器和指示器等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)可以是透射式的、也可以是反射式的。透射式光學(xué)系統(tǒng)的部件是用紅外光學(xué)材料制成的。119紅外輻射測(cè)溫儀它由光學(xué)系統(tǒng)、調(diào)制器、紅外傳感器、放大器和指示紅外測(cè)溫儀方框圖120紅外測(cè)溫儀方框圖43光學(xué)材料一般測(cè)量高溫（700℃以上）儀器，有用波段主要在0.76-3μm的近紅外區(qū)，可選用一般光學(xué)玻璃或石英等材料。測(cè)量中溫(100-700℃)儀器，有用波段主要在3-5μm的中紅外區(qū)，多采用氟化鎂、氧化鎂等熱壓光學(xué)材料。測(cè)量低溫(100℃以下)儀器，有用波段主要在5-14μm的中遠(yuǎn)紅外波段，多采用鍺、硅、熱壓硫化鋅等材料。121光學(xué)材料一般測(cè)量高溫（700℃以上）儀器，有用波段主要在0說(shuō)明一般還在鏡片表面蒸鍍紅外增透層。一方面濾掉不需要的波段，另一方面增大有用波段的透射率。調(diào)制器就是把紅外輻射調(diào)制成交變輻射的裝置。一般是用微電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)齒輪盤(pán)或等距離孔盤(pán)，通過(guò)齒輪盤(pán)或帶孔盤(pán)旋轉(zhuǎn)，切割入射輻射而使投射到紅外傳感器上的輻射信號(hào)成交變的。因?yàn)橄到y(tǒng)對(duì)交變信號(hào)處理比較容易，并能取得較高的信噪比。122說(shuō)明一般還在鏡片表面蒸鍍紅外增透層。一方面濾掉不需要的波段，紅外成像紅外成像原理紅外成像儀123紅外成像紅外成像原理46紅外成像原理Introduction紅外變像管成像紅外攝像管124紅外成像原理Introduction47Introduction

在許多場(chǎng)合，人們不僅需要知道物體表面的平均溫度，更需要了解物體的溫度分布情況，以便分析、研究物體的結(jié)構(gòu)，探測(cè)內(nèi)部缺陷。紅外成像就能將物體的溫度分布以圖像的形式直觀地顯示出來(lái)。125Introduction

在許多場(chǎng)合，人一、紅外變像管成像當(dāng)物體的紅外輻射通過(guò)物鏡照射到光電陰極上時(shí)，光電陰極表面的紅外敏感材料-蒸涂的半透明銀氧銫，接收輻射后，便發(fā)射光電子。光電陰極表面發(fā)射的光電子密度的分布，與表面的輻照度的大小成正比，也就是與物體發(fā)射的紅外輻射成正比。光電陰極發(fā)射的光電子在電場(chǎng)的作用下飛向熒光屏，熒光屏上的熒光物質(zhì)受到高速電子的轟擊后便發(fā)出可見(jiàn)光?？梢?jiàn)光輝度與轟擊的電子密度的大小成比例，即與物體紅外輻射的分布成比例。這樣，物體的紅外圖像便被轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光圖像。人們通過(guò)觀察熒光屏上的輝度明暗，便可知道物體各部位溫度的高低。126一、紅外變像管成像當(dāng)物體的紅外輻射通過(guò)物鏡照射到光電陰極上時(shí)紅外變像管1一光電陰極2一引管3一屏蔽環(huán)4一聚焦加速極5一熒光屏紅外變像管是直接把物體紅外圖像變成可見(jiàn)圖像的電真空器件，主要由光電陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成，并安裝在高度真空的密封玻璃殼內(nèi)127紅外變像管1一光電陰極紅外變像管是直接把物體紅外圖像變成可見(jiàn)

二、紅外攝像管紅外攝像管是將物體的紅外輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)電子系統(tǒng)放大處理，再還原為光學(xué)像的成像裝置。例：光導(dǎo)攝像管、硅靶攝像管和熱釋電攝像管前二者是工作在可見(jiàn)光或近紅外區(qū)的，而后者工作波段長(zhǎng)（？）。128二、紅外攝像管紅外攝像管是將物體的紅外輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)熱釋電攝像管129熱釋電攝像管52熱釋電攝像管原理靶面為一熱釋電材料薄片，在接收輻射的一面覆以一層對(duì)紅外輻射透明的導(dǎo)電膜。當(dāng)經(jīng)過(guò)調(diào)制的紅外輻射經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像在靶上時(shí)，靶面吸收紅外輻射，溫度升高并釋放出電荷。靶面各點(diǎn)的熱釋電荷與靶面各點(diǎn)溫度的變化成正比，且與靶面的輻照度成正比。因而，靶面各點(diǎn)的熱釋電量與靶面的輻照度成正比。當(dāng)電子束在外加偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)和縱向聚焦磁場(chǎng)的作用下掃過(guò)靶面時(shí)，就得到與靶面電荷分布相一致的視頻信號(hào)。通過(guò)導(dǎo)電膜取出視頻信號(hào)，送視頻放大器放大，再送到控制顯像系統(tǒng)，在顯像系統(tǒng)的屏幕上便可見(jiàn)到與物體紅外輻射相對(duì)應(yīng)的熱像圖。130熱釋電攝像管原理靶面為一熱釋電材料薄片，在接收輻射的一面覆以注意值得注意的是：熱釋電材料只有在溫度變化的過(guò)程中才產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)，溫度一旦穩(wěn)定，熱釋電就消失。所以，當(dāng)對(duì)靜止物體成像時(shí)，必須對(duì)物體的輻射進(jìn)行調(diào)制。對(duì)于運(yùn)動(dòng)物體，可在無(wú)調(diào)制的情況下成像。131注意值得注意的是：熱釋電材料只有在溫度變化的過(guò)程中才產(chǎn)生熱紅外分析儀分類(lèi)目的原理132紅外分析儀分類(lèi)55分類(lèi)

根據(jù)不同的目的與要求，紅外分析儀可設(shè)計(jì)成多種不同的形式，如紅外氣體分析儀、紅外分光光度計(jì)、紅外光譜儀等。133分類(lèi)根據(jù)不同的目的與要求，紅外分析儀可設(shè)計(jì)成多種不同目的

識(shí)別物質(zhì)分子的類(lèi)型分析物質(zhì)組成分析和計(jì)算物質(zhì)組成百分比134目的識(shí)別物質(zhì)分子的類(lèi)型57原理紅外分析儀是根據(jù)物質(zhì)的吸收特性來(lái)進(jìn)行工作的。許多化合物的分子在紅外波段都有吸收帶，而且因物質(zhì)的分子不同，吸收帶所在的波長(zhǎng)和吸收的強(qiáng)弱也不相同。根據(jù)吸收帶分布的情況與吸收的強(qiáng)弱，可以識(shí)別物質(zhì)分子的類(lèi)型，從而得出物質(zhì)的組成及百分比。135原理紅外分析儀是根據(jù)物質(zhì)的吸收特性來(lái)進(jìn)行工作的。58醫(yī)用二氧化碳?xì)怏w分析儀醫(yī)用二氧化碳?xì)怏w分析儀，是利用二氧化碳?xì)怏w對(duì)波長(zhǎng)為4.3μm的紅外輻射有強(qiáng)烈的吸收特性而進(jìn)行測(cè)量分析的，主要用來(lái)測(cè)量、分析二氧化碳?xì)怏w的濃度。對(duì)比通過(guò)一海里長(zhǎng)度的大氣透過(guò)率曲線(xiàn),同學(xué)們又發(fā)現(xiàn)了什么呢?136醫(yī)用二氧化碳?xì)怏w分析儀醫(yī)用二氧化碳?xì)怏w分析儀，是利用二氧13760醫(yī)用二氧化碳?xì)怏w分析儀光系統(tǒng)圖138醫(yī)用二氧化碳?xì)怏w分析儀光系統(tǒng)圖61醫(yī)用二氧化碳?xì)怏w分析儀電子線(xiàn)路圖139醫(yī)用二氧化碳?xì)怏w分析儀電子線(xiàn)路圖62醫(yī)用二氧化碳分析儀組成由紅外光源、調(diào)制系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)氣室、測(cè)量氣室、紅外傳感器等部分組成。在標(biāo)準(zhǔn)氣室里充滿(mǎn)了沒(méi)有二氧化碳的氣體（或含有定量二氧化碳的氣體）。待測(cè)氣體經(jīng)采氣裝置，由進(jìn)氣口進(jìn)入測(cè)量氣室。調(diào)節(jié)紅外光源，使之分別通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)氣室和測(cè)量氣室。采用干涉濾光片濾光，只允許波長(zhǎng)4.3±0.15μm的紅外輻射通過(guò)，此波段正好是二氧化碳的吸收帶。140醫(yī)用二氧化碳分析儀組成由紅外光源、調(diào)制系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)氣室、測(cè)量氣醫(yī)用二氧化碳分析儀原理假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)氣室中沒(méi)有二氧化碳?xì)怏w，而進(jìn)入測(cè)量氣室中的被測(cè)氣體也不含二氧化碳?xì)怏w時(shí)，則紅外光源的輻射經(jīng)過(guò)兩個(gè)氣室后，射出的兩束紅外輻射完全相等。紅外傳感器相當(dāng)于接收一束恒定不變的紅外輻射，因此可看成只有直流響應(yīng)，接于傳感器后面的交流放大器