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什么是紅外輻射？紅外熱像儀及其工作原理

    1800年，英國天文學(xué)家弗里德里希?威廉?赫歇爾第一次發(fā)現(xiàn)了紅外輻射的存在。為了解不同顏色的光所產(chǎn)生的熱量有何不同，他將太陽光用三棱鏡分解成一個(gè)彩虹樣的光譜，然后測量了每種顏色的溫度。他發(fā)現(xiàn)，從光譜的紫羅蘭色部分到紅色部分，溫度呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢。
    在注意到這一現(xiàn)象之后，赫歇爾決定再在沒有可見太陽光線的區(qū)域測量光譜中紅色光之外的部分的溫度。令他驚訝的是，這一區(qū)域的溫度Z高。
    什么是紅外輻射？ 


    紅外輻射介于電磁光譜的可見光輻射和微波輻射之間。紅外輻射源主要為熱量或熱輻射。溫度高于絕對零度(-273.15攝氏度或0開爾文)的任何物體均會發(fā)出紅外輻射。即使我們認(rèn)為非常冷的物體(例如冰塊)也存在紅外輻射。
    我們每天都會接觸紅外輻射，這包括我們從太陽光、火或散熱器等處感覺到的熱量。盡管肉眼看不到，但皮膚中的神經(jīng)卻可以感受到熱量。物體越熱，其紅外輻射量越大。
    紅外熱像儀及其工作原理
    盡管肉眼無法觀測紅外輻射（IR），但是紅外熱像儀可將其轉(zhuǎn)化為可見光圖像，描繪被測物體或場景的溫度變化。所有溫度高于絕對零度的物體均可發(fā)射紅外光，且物體溫度越高，紅外輻射量越大。 


    紅外熱像儀工作原理的簡化圖 
    某個(gè)物體發(fā)出的紅外能量通過光學(xué)鏡頭聚焦在紅外探測器上，探測器向傳感器電子元件發(fā)送信息，進(jìn)行圖像處理，電子元件將探測器發(fā)來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)譯成可在取景器或標(biāo)準(zhǔn)視頻監(jiān)視器或LCD顯示屏上查看的圖像。
    紅外熱成像是一種可將紅外圖像轉(zhuǎn)換為熱輻射圖像的技術(shù)，該技術(shù)可從圖像中讀取溫度值。因此，熱輻射圖像中的各個(gè)像素實(shí)際上都是一個(gè)溫度測量，可實(shí)現(xiàn)對物體表面溫度的非接觸式測量。
    紅外熱像儀的構(gòu)造類似于一臺數(shù)碼攝像機(jī)。主要組件包括一個(gè)將紅外輻射對準(zhǔn)探測器的鏡頭，以及用于處理并顯示熱信號和熱圖像的軟件和電子設(shè)備。
    紅外熱像儀探測器
    紅外熱像儀探測器并非攝像機(jī)和數(shù)碼相機(jī)常用的一種電荷耦合裝置，而是一個(gè)微米大小像素的焦平面陣列探測器(FPA)，由各種對紅外波長敏感的材料制成。FPA的分辨率從約160× 120像素到高達(dá)1024 × 1024像素不等。
    FPA探測器技術(shù)可分為兩類：熱探測器和量子探測器。
    熱探測器的一種常見類型就是非制冷微量熱型探測器，由金屬或半導(dǎo)體材料制成。這些探測器通常比量子探測器的成本低，且具有更廣的光譜響應(yīng)。但是，微量熱型探測器會對入射輻射能作出反應(yīng)，速度與敏感度均低于量子探測器。
    量子探測器由銻化銦(InSb)、銦鎵砷(InGaAs)、硅化鉑(PtSi)、碲鎘汞(HgCdTe或MCT)和量子阱紅外探測器(QWIP)上分層的砷化鎵/砷化鋁鎵等材料制成。量子探測器的運(yùn)行原理是基于可對入射光子作出反應(yīng)的晶狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的電子的狀態(tài)變化。
    一般而言，量子探測器的速度和敏感度均優(yōu)于熱探測器。然而，量子探測器需要冷卻，有時(shí)甚至需要使用液氮或小型斯特林循環(huán)制冷設(shè)備制冷。

首頁 > 電氣儀表 > 日期：2022-6-25 來源：m.foiya.com 作者：呆呆 瀏覽量：