红外线技术原理.doc

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1、培训大纲一、红外基本理论：1．红外线的发现1800年英国物理学家赫胥尔（Herschel）在研究太阳光谱的热效应时发现：七色光中在红光谱的边界以外人眼看不见有任何光线的黑暗区，温度反而比红光区域的温度高。反复实验证明，在红光的外侧，确实存在一种人眼看不见的“热线”，后来称为“红外线”，又称“红外辐射”。红外线处于波长为0.76~1000μm之间。2．红外线的本质经研究表明：红外线是从物质内部发射出来，产生红外线的根源是物质内部运动。众所周知，物资是由原子、分子组成，它们按照一定的规律不断地做变速运动，因而不断向外辐射能

2、量，这就是红外辐射现象。由此可见，红外辐射的物理本质是热辐射。这种辐射的能量主要由这个物体的温度和材料本身的性质决定，特别是热辐射的强度取决于辐射体的温度，也就是说，温度对热辐射现象起着决定性的作用。3．有关基本名词解释温度：反映物体原子活动的激烈程度。（微观）冰水混合物到水沸腾之间分为100等份每一份为1℃，红外线辐射的能量可用物体表面的温度来度量，辐射能量越大，物体的表面温度越高，反之亦然。常用衡量温度变化的温标有三种：1.华氏温标：°F2.摄氏温标：℃3.热力学温标：K几个温标之间的换算：℃=（°F–32）×5／

3、9K=℃+273.15℃绝对零度0K=－273.5℃黑体：具有理想中最大辐射功率的物体，称为黑体。黑体所吸收的红外线能量与发射的红外线能量相等。即：Ia/Ib=1Ia—黑体在单位时间内吸收的红外线能量强度Ib—黑体在单位时间内发射的红外线能量温度所谓的黑体其实并不存在，只能无限的接近于它，但设定这样的黑体，对研究红外热辐射规律是非常必要的。高温黑体1273K以上中温黑体223K~1273K低温黑体＜223K辐射率：当即个物体处于同一温度下，各物体的红外辐射功率与吸收的功率成正比。实际物体红外辐射的功率与相同条件下黑体红

4、外辐射功率的比值，称为辐射率，又称为发射率，用符号ε表示，其比值是一个小于1的数。辐射率的影响因素：颜色、粗糙度、材质、温度、厚度、平整度有关。灰体：辐射率在0到1之间的物体。大气窗口：空气中的三原子气体（如O3、H2O、CO2等）对红外的吸收很强烈。只有三个波段的红外能透过大气窗口。1—2μm3—5μm8—14μm国外SW（高能波段）MWLW国内短波长波工作波段：工作波段是指红外热像仪的波谱响应范围。普朗克定律：P=δεT4红外热像仪测温、成像的核心。其中P是红外辐射功率，δ是普朗克系数，ε是辐射率，T是温度。维恩位

5、移定律：λ=2897/T4．红外线的特性a.红外线是一种电磁波0.5纳米~0.76微米0.76~1000微米紫外线可见光红外线无线电波红外光与可见光相同的特性：红外线是一种电磁辐射，它也具有反射、折射、干涉、衍射和偏振，同时又具备粒子性，即它以光量子的形式发射和吸收。红外光与可见光不同的特性：红外线对人的眼睛不敏感，所以必须用红外线敏感的红外探测器才能接收到。红外光的能量比可见光弱，更容易被物质所吸收，穿透能力差。但对于薄雾来说，长波红外线更容易通过。红外线的热效应比可见光要强得多。b.波长分布与物体表面的温度成反比。

6、根据描述峰值波长与温度关系的维恩定律λ=2897/T，显然，高温测温宜采用较短的工作波长，低温测温宜采用较长的工作波长，对于电力设备由于大多目标尺寸小辐射能量低，一般的缺陷温度低于500K，应选择长波8—14μm的工作波长。短波仪器白天使用，受阳光干扰较大，太阳光发射的红外波长主要集中在短波，在5μm以后辐射变弱。与此同时，在石油化工方面，由于时常涉及火焰，而火焰是一种等离子气体，温度忽高忽低，成分复杂，能量主要集中在短波范围，短波仪器能清楚地看清火焰，但不能看清炉管，影响很大。波长最灵敏响应温度适用系统1-2μm15

7、00K-3000K核反应堆3-5μm600K-1000K石油化工8-14μm400K电力消防一、红外热像仪技术理论1．红外热像仪成像原理红外探测器:感受红外辐射，将能量转化电信号，通过电子处理，最终转化人眼可见的红外图象。热电效应：产生三种变化2K0.002K变化信号设备型号探测器材料特点优点ΔUGD2000热释电管能较准确测定测温较准ΔRHY6000微热辐射器能精确测定测温准确ΔCNEC7102铁电材料很难测定很难测准光电效应：原子核2S2P电子从2S到2P跃迁，产生电荷。条件是必须制冷（-196℃），以确保原子核的

8、稳定性，减少对电子的束缚力。2.非制冷焦平面探测器介绍焦平面探测器：新一代的热成像装置，在性能上大大优于光机扫描式热像仪，又逐步取代光机扫描式热像仪的趋势。关键技术使探测器由单片集成电路组成，被测目标的整个视野聚焦在这片选用了数万个性能接近的芯片上，使得图像更加清晰，使用更加方便，体积更加小巧轻便。焦平面探测器热电材料（像素）32