红外技术的形成及应用讲座培训课件PPT

红外技术一、红外线的发现1、红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由英国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射,他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。也可以当作传输之媒界。 太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.751000m。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为0.751.50m之间；中红外线，波长为1.506.0m之间；远红外线，波长为6.0l000m 之间。 2、红外线的物理性质 （1）、在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线，红外线是不可见光线。所有高于绝对零度（273）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。（2）、红外线有显著的热效应 ；容易为物体所吸收；对云雾等充满悬浮粒子的物质有较强的穿透能力。二、红外技术的形成及应用 自红外辐射发现后，红外辐射和红外元件、部件的科学研究逐步发展，但比较缓慢，直到1940年前后才真正出现现代的红外技术。红外技术率先被运用于军事上，二战后美、英、苏等军事强国都大力研究红外技术在军事方面的应用并已取得了相当的成果。发展至今红外技术已经成为一门新兴的学科和技术被广泛应用于各工商业。如工业探伤、探测、医辽等方面。红外技术展现出美好和广阔的前景。下面就对一些红外技术的应用做一些简单的介绍。1、红外测温技术红外热像仪是主要的测温仪器，是红外技术的心脏。红外成像可分为主动式和被动式两种：主动式红外成像是用戏外辐射照射物体，利用被反射的红外辐射摄取物体的像。被动式红外成像是利用物体自身发射的红外辐射摄取物体的像。通常，被动式红外成像称为热像，显示热像的装置称为热像仪。被动式红外成像由于无须外部光源照射，使用方便所成之像反映了被摄取物体的温度差别信息，已成为红外技术的一个重要发展方向。红外热像仪的工作原理如右图，都是通过非接触探测红外能量（热量），并将其转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值 。 现在的热成像仪主要采用焦平面阵列技术取代了传统的光机扫描。这一技术的应用大大提高了灵敏度和热分辨率，进一步提高目标的探测距离和识别能力。红外热像仪可以用以测量-30摄氏度至2000摄氏度之间的温度。热像仪所成的图像每一光点的亮度代表了该物体相应点的温度的高低。 2、红外探测技术红外探测器是红外技术发展的先导。目前红外探测器主要分为热敏探测器和光电探测器两大类。（1）热敏探测器是利用物体受红外辐射使温度升高，从而引起一些参数变化的仪器。它的反应时间较长，约在毫秒级以上，对入射的各种波长辐射线基本上具有相同的响应率。热敏探测器主要有热敏电阻型、热电偶型和热释电型。（2）光电探测器是利用物体中的电子因吸收红外辐射而改变其运动状态这一原理工作的。这一类的探测器的响应时间比热敏的短得多，一般是在微秒级，最短的可达纳秒级。 红外探测技术被广泛应用于军事领域，如红外侦察、红外夜视及红外制导等。红外技术的使用大大提高了部队的反应速度和作战能力。如夜战给士兵配上红外夜视仪既提高了士兵的夜间单兵作战能力又能更好的在战场上生存。红外探测技术具有环境适应性好、隐蔽性好、抗干扰能力强、能在一定程度上识别伪装目标、设备体积小、质量轻、功耗低等优点。 现代战争的空战都是超视距空战在这情况下主要是靠雷达或红外线跟踪装置发现目标并依靠这些装备不进行作战。这类红外装置是利用目标责任制飞机尾部喷流或机体温度升高到70摄氏度至80摄氏度以上时发出的红外线发现和跟踪目标。这种装置所接收到的图像不一个亮点而是由许多小方块组成的目标飞机图像 。空战是所用的导弹也可以装上红外装置对目标进行跟踪打击。还有对地面目标进行打击时红外装置能对目标进行搜索、跟踪、捕捉、和精确定位进行打击。红外技术用于导弹的制导提高了导弹的命中率。3、红外诊断技术 红外诊断技术也是通过吸收红外辐射能量，测出设备表面及内部的温度及温度场的分布，从而对设备进行诊断。红外诊断能对电气设备的早期故障缺陷及绝缘性能做出可靠的预测，尤其是对大机组、超高电压电力系统的状态监测和诊断时可以在远距离、不接触、不取样、不解体的情况下实施准确、快速、直观的监测和诊断。比起传统的检测展现出了一巨大的优势和发展的潜力而被受重视。4、红外线加热技术 红外线加热技术主要是应用了红外线的热效应。利用这一原理制成红外干燥器、红外烤箱炉能使物体内部发热，可以用来焙制食品、烘干油漆等。比起微波炉的禁忌红外烤箱有更大的优势。5、红外通信技术红外通信技术装置在发射端用红外辐射的平行光束做载波，强度受发送信息的调制。在接收端收到这束戏外辐射时，就能从强度的变化获得所需的信息。与微波通信技术相比，红外通信具有更好的方向性，适用于国防边界哨所与哨所间的保密通信。6、红外光谱分析红外光谱分析是以红外辐射与物质相互作用的原理为基础的。用红外辐射照射物体时，透过物体的、从物体反射回来的或散射出去的红外辐射，都包含着有关物质内部结构的信息。然后通过对这些信息进行采集分析就可获得所需的信息了。如今戏外光谱分析仪已经是化学分析中不可缺少的手段了。7、红外遥感技术红外遥感技术是检测地物红外辐射的遥感器。地物的性质、形状和所处的环境条件,决定着地物的红外辐射的空间分布、波长分布和随时间的变化。红外遥感器是获取红外辐射分布和变化资料的手段。通过对资料的解译以达到勘明地物的目的。从 某种意义上讲，红外遥感技术是利用红外技术对宏观物体进行物质结构研究和物体识别。 红外遥感器一般由光学系统、红外探测器和相应的电子信号处理系统构成。光学系统使地物的红外辐射会聚成像，完成分光和调制等作用。红外探测器接收来自光学系统的红外辐射，使之转换成电信号。电信号经电子信号处理系统处理后加以记录或显示。红外探测器是红外遥感器的核心，它决定遥感器的主要性能。红外探测器根据工作原理可分为热探测器和光子探测器两类。热探测器：红外辐射被接收后转换为热能，产生热效应如热致气体膨胀、温差电效应、热释电效应等，热探测器利用这些效应把红外辐射转换为电信号。光子探测器：利用光电效应(如光导、光伏和光磁等效应)把红外辐射转换为电信号。热探测器与波长无关，工作波段宽，但灵敏度较低，时间常数大（毫秒级）。光子探测器灵敏度高，时间常数小（毫秒至微秒级），但光谱响应有选择性，有的还需要低温工作条件。探测器有单元、多元、线阵和面阵等形式。红外遥感器可分为成像的和非成像的两种。非成像的红外遥感器有红外辐射计、红外地物波谱仪等。成像的红外遥感器有红外行扫描器、红外扫描辐射计、多光谱扫描仪等。 红外辐射计用于测量视场内所有波长的红外辐射的总和。它把外来的红外辐射与遥感器内部设置的参考源相比 较，以测量其强度。在红外辐射计的基础上加上单色器分光，则可用来测量物体红外辐射的光谱分布和研究光谱特征，这就成为红外地物波谱仪。 红外行扫描器利用光学机械扫描技术，使辐射计的视场对物体逐点检测。并利用遥感平台的向前飞行运动逐行扫描，然后将扫描获得的信息逐行显示，形成一幅红外图像。红外行扫描器可在热红外波段工作，昼夜接收地物的热辐射，适用于军事侦察。能对接收的红外辐射进行定量测量的仪器是红外扫描辐射计；能使用多个波段，甚至包括可见光波段，进行扫描成像的则是多光谱扫描仪。这类遥感器已用在气象卫星、“陆地卫星”和“海洋卫星”上，用以获取昼夜云图、洋面温度、土地利用、植被、地质和水文等遥感资料。微电子技术的发展，如电荷耦合器件的出现，使探测器的集成度提高几个数量级。红外遥感器的发展方向是高分辨力、数字化和智能化。8、医学中的热成像技术 热成像技术在医学上的应用非常广泛，如人体测温。由于人体各个部们温度并不相同，在患病期间，全身或局部的热平衡遭到破坏，便在相应措施部位的皮肤上显示出来，利用絷成像技术落后可以做早期的诊断，特别是在对皮肤癌、溃疡、烧伤等方面更有效。 红外线还可用于治辽。红外线治疗作用的基础是温热效应和红外线是在所有太阳光中最能够深入皮肤和皮下组织的一种射线。 在红外线照射下，组织温度升高，毛细血管扩张，血流加快，物质代谢增强，组织细胞活力及再生能力提高。红外线治疗慢性炎症时，改善血液循环，增加细胞的吞噬功能，消除肿胀，促进炎症消散。红外线可降低神经系统的兴奋性，有镇痛、解除横纹肌和平滑肌痉挛以及促进神经功能恢复等作用。在治疗慢性感染性伤口和慢性溃疡时，改善组织营养，消除肉芽水肿，促进肉芽生长，加快伤口愈合。红外线照射有减少烧伤创面渗出的作用。红外线还经常用于治疗扭挫伤，促进组织肿张和血肿消散以及减轻术后粘连，促进瘢痕软化，减轻瘢痕挛缩等。光浴的作用因素是红外线、可见光线和热空气。光浴时，可使较大面积，甚至全身出汗，从而减轻肾脏的负担，并可改善肾脏的血液循环，有利于肾功能的恢复。红外线还可用于光浴，光浴作用可使血红蛋白、红细胞、中性粒细胞、淋巴细胞、嗜酸粒细胞增加，轻度核左移；加强免疫力。局部浴可改善神经和肌肉的血液供应和营养，因而可促进其功能恢复正常。全身光浴可明显地影响体内的代谢过程，增加全身热调节的负担；对植物神经系统和心血管系统也有一定影响。家电中红外线技术的应用 家电中红外线技术的应用，是指它通过特殊的设计将煤气燃烧所产生的热量转化为无焰燃烧红外线热所辐射传递，由于燃烧方式与传统机理上的革命，使红外线具有普通燃气灶所无可比拟的显著优势：高效节能，环保健康，洁净卫生，安全可靠。现在大部分家用电器具备遥控功能。像风扇、空调机这类产品，但照明系统的开关基本上仍然以手动为主。如果可实现遥控将会带来很大的方便。 红外技术在家电中的应用拥有着广阔的前景，这还待于研究和开发。红外技术如能在家电中普及将会给人们的生活带来很大的飞跃。今天，红外技术的应用技术还在迅速地向前发展，在新的世界技术革命中展现出更加美好和广阔的前景。