红外探测器为何要在低温下工作.ppt

红外探测器为什么要在低温下工作 红外探测技术 红外探测技术 红外探测技术的优点 环境适应性优于可见光，尤其是在夜间和恶劣天候下的工作能力 隐蔽性好，一般都是被动接收目标的信号，比雷达和激光探测安全且必威体育官网网址性强，不易被干扰 由于是目标和背景之间的温差和发射率差形成的红外辐射特性进行探测，因而识别伪装目标的能力优于可见光 与雷达系统相比，红外系统的体积小，重量轻，功耗低 红外探测器 红外辐射原理 自然界中, 一切温度高于绝对零度摄氏-273.16 的物体都不断地辐射着红外线, 这种现象称为热辐射。红外线是一种人眼不可见的光波，它是由物质内部的分子、原子的运动所产生的电磁辐射，是电磁频谱的一部分,其波段介于可见光和微波波段之间(0.76～1000微米)通常按波长把红外光谱分成4个波段:近红外（0.76～3微米）、中红外（3～6微米）、中远红外（6～20微米）和远红外（20～1000微米）。 红外辐射原理 一切物体都有其自身的红外辐射特性。为研究各种不同物体的红外辐射，人们用理想辐射体──绝对黑体（简称黑体）作基准。能吸收全部入射的辐射而没有反射的物体称为黑体。良好的吸收体必然也是良好的辐射体,因此黑体的辐射效率最高，其比辐射率定为1。任何实际物体的辐射发射量与同一温度下黑体的辐射发射量之比,称为该物体的比辐射率，其值总是小于1。物体的比辐射率，与物体的材料种类、表面特性、温度、波长等因素有关。黑体的辐射特性可用普朗克定律描述，该定律给出了黑体辐射作为温度函数的光谱分布。对某一温度，辐射量最大的波长与其温度的乘积为常数，这个关系称维恩定律（适用于在温度较低，波长较短的范围内）。对所有波长积分所得到的总辐射量与温度的四次方成正比，这个关系称为斯蒂芬－玻尔兹曼定律。 普朗克黑体辐射定律 普朗克黑体辐射定律图示 维恩位移定律 红外辐射原理 物体发出的辐射，大都要通过大气才能到达红外光学系统。由于大气中二氧化碳、水汽等气体对红外辐射会产生选择性吸收和其他微粒的散射，使红外辐射发生不同程度的衰减。人们把某些衰减较小的波段，称为大气窗口。在0.76～20微米波段内有3个大气窗口:1～2.7微米,3～5微米，8～14微米。目前红外系统所使用的波段，大都限于上述大气窗口之中（大气窗口还与大气成份、温度和相对湿度等因素有关）。由于红外系统所探测的目标处于各自的特定背景之中，从而使探测过程复杂化。因此，在设计红外系统时，不但要考虑红外辐射在大气中的传输效应，还要采用抑制背景技术，以提高红外系统探测和识别目标的能力。 红外系统工作原理 红外探测器工作原理 红外光学系统把目标的红外辐射集聚到红外探测器上，并以光谱和空间滤波方式抑制背景干扰。红外探测器将集聚的辐射能转换成电信号。微弱的电信号经放大和处理后，输送给控制和跟踪执行机构或送往显示记录装置。红外光学系统的结构，一般可分为反射式、折射式和折反射式三种，后两种结构需采用具有良好红外光学性能的材料。 红外探测器工作原理 红外探测器前的光学调制器，将目标辐射进行调制编码，以便从背景中提取目标信号或目标的空间位置信息。前置放大器将探测器输出的微弱信号进行初级放大，并给探测器提供合适的偏置条件。它的噪声指数很低，从而使探测器的噪声有可能成为系统的极限噪声。信号处理系统把前置放大器输出的信号进一步放大和处理，从信号中提取控制装置或显示记录设备所需的信息。一般非成像系统视目标为点辐射源，相应的信号处理、显示记录系统比较简单。红外成像系统，通常需将目标红外辐射转换成黑白照片和假彩色照片或电视图像。这种图像不象可见光照相机所得的图像那样直观，它反映的是目标的辐射温度分布。 红外探测器的分类 热探测器：热探测器吸收红外辐射后，温度升高，可以使探测材料产生温差电动势、电阻率变化，自发极化强度变化，或者气体体积与压强变化等，测量这些物理性能的变化就可以测定被吸收的红外辐射能量或功率。分别利用上述不同性能可制成多种热探测器 光子探测器：光子探测器吸收光子后，本身发生电子状态的改变，从而引起内光电效应和外光电效应等光子效应，从光子效应的大小可以测定被吸收的光子数。 热探测器 优点：对全部波长的热辐射（从可见光到极远红外)基本上都有相同的响应。 缺点：反应时间较长，时间常数一般在毫秒级以上。 热探测器实例 液态的水银温度计及气动的高莱池（Golay cell）：利用了材料的热胀冷缩效应。 热电偶和热电堆：利用了温度梯度可使不同材料间产生温差电动势的温差电效应。 石英共振器非制冷红外成像列阵：利用共振频率对温度敏感的原理来实现红外探测。 热探测器实例 测辐射热计：利用材料的电阻或介电常数的热敏效应—辐射引起温升改变材料