第八章 红外辐射与红外探测器.ppt

* 第八章 红外辐射与红外探测器 8.1 红外辐射的基础知识 8.1.1 红外辐射 红外辐射的物理本质是热辐射----物体的温度越高、辐射出来的红外线越多，辐射出的能量就越强 太阳光谱中各种单色光的热效应从紫外光到红外光是逐渐增大的，而且最大的热效应出现有红外辐射的频率范围内，因此人们又将红外辐射称为热辐射或热射线。 大气吸收对红外线测量有比较大的影响 8.1.2 红外辐射源 红外辐射源：光物体的温度高于绝对零度时，就有红外线向周围空间辐射出来，只要辐射红外线的物体就叫做…… 面源：将充满红外光学系统视场的辐射源叫作面源 点源：未满红外光学系统视场的小面叫作点源 8.2 红外探测器 红外探测器 （红外传感器） 热探测器 光子探测器 8.2.1 热探测器 光 热 电 主要器件可分为：热敏电阻、热电偶、热释电器件、高莱气动型探测器 ①响应率与波长无关，属于无选择性探测器 ②受热时间常数（热惯性）的制约，响应速度比较慢 ③峰值探测率低 ④可在室温下工作 热探测器与前述的各种光电探测器相比，其特点为： 1.热敏电阻探测器 材料：金属或半导体 金属：温度系数多为正，即有光照温度升高时，电阻增大电阻变化量与温度变化量成线性—可用于模拟测量 半导体：温度系数是负的，即有光照温度升高时，电阻减小 电阻变化与温度变化非线性---适合于有、无两种状态的判定 机理不同 2.热电偶型红外探测器 T0 T0+ΔT A B 温差电偶 接触电势 温差电势 中间导体定律： mV RL P N 涂黑金箔 温差电堆： mV 时间常数较大，被测辐射变化频率一般在10HZ以下 实体型：多用于测温 薄膜型：多用于标定各种光源、测量各种辐射量特 3. 热释电型红外探测器 热释电效应： (a) 恒温下 (b) 温度变化 (C) 温度变化时的等效表现 Uout 热释电器件 RL 极化强度过程的平均时间为： 一般要求被测信号的变化频率： 无线红外人体探测器 4. 高莱气动型探测器 特点： 灵敏度高，性能稳定 但结构复杂、强度较差，只适合于实验室使用 8.2.2 光子探测器 1. 外光电探测器（PE器件） 光电管、光电倍增管 2. 光电导探测器（PC器件） 光敏电阻 3. 光生伏特探测器（PU器件）---结型红外探测器 ①同质结 ②异质结 ③肖特基结 ④雪崩管 ⑤量子阱 4. 光磁电探测器（PEM器件） 某些半导体表面受光照，产生电子空穴对，它们在向体内扩散的过程中受外磁场的作用各自偏向一边形成开路电压，称为光磁电效应 8.3* 红外探测器的性能参数及使用中应注意的事项 8.3.1 红外探测器的性能参数 电压响应率、光谱响应、等效噪声功率、比探测率和时间常数等 8.3.2 红外探测器使用中应注意的问题 ①选用探测器时要注意它的工作温度 ②应注意调整好探测器的偏流、偏压，使其工作在最佳工作状态 ③辐射源调制频率应和探测器的响应频率相匹配 ④探测器存放时要注意防潮、防振和防腐蚀 ⑤了解探测器的性能指标、应用范围、和使用条件 8.4 红外测温 8.4.1 红外测温原理 斯忒藩-玻耳兹曼定律 8.4.2 红外测温的特点 ①反应速度快 ②灵敏度高 ③属于非接解测温 ④准确度高。可小于0.1℃ ⑤可测摄氏负几十度~几千度的范围 8.4.3 热辐射传感器---应用实例 1. 热辐射高温计 具有响应快 热惰性小等优点 主要用于腐蚀性物体及运动物体的高温测量。测量范围在400℃~3200℃.由于感温部分不与被测介质直接接触，因此误差较大 2. 热辐射测温仪 1）结构 最高可测温度为200℃，被测物体与传感器的距离为10cm左右，其辐射能量为6mW 只适用于近距离的非接触测量 如：齿轮箱齿轮的温度，或机器内不能接触的部件的温度测量 2）测量电路 3. 辐射剂量率计 现代工业、实验室、医疗等场所的辐射量测量 8.5 红外成像 1.红外变像管 8.5.1 红外成像器件 2.红外摄像管 热释电红外摄像管 ---光导摄像管、硅靶摄像管、热释电摄像管 可见光或近红外区 工作波长范围较大 2.集成红外电荷耦合器件 集成红外电荷耦合器件---红外CCD 常用的红外焦平面阵列有： PbSt 和PbSe阵列、PtSi阵列、InSb阵列、HgCdTe阵列 GaAs/AlGaAs阵列、掺杂硅阵列、热释电探测器阵列 高炉焦平面红外热图像仪 红外热像仪 8.5.2* 原理图： 红外成像器件的应用实例一 前置放大器电路： 8.5.3* 红外分析仪 工作依据：物质的吸收特性 很多物质在红外部分都有吸收带，但不同的物质吸收带的据体位置不相同，所以通过测量物质在红外波段的吸收位置可以确定物质的成分 医用二氧化碳分析仪 光系统图 红外成像器件的应用实例一 电子线路框图