红外检测介绍.pptxVIP

传感器技术 Charpter16;一.红外检测的物理基础 ;电磁波谱;大学物理回顾;1.基尔霍夫定律 1860年，基尔霍夫在研究辐射传输的过程中发现：在任一给定的温度下，辐射通量密度和吸收系数之比，对任何材料都是常数。用一句精练的话表达，即：“好的吸收体也是好的辐射体”。 式中? ER——物体在单位面积和单位时间内发射出的辐射能； ?α——物体的吸收系数； E0——常数，其值等于黑体在相同条件下发射出的辐射能。;2.斯忒藩-玻尔兹曼定律 物体温度越高，发射的红外辐射能越多，在单位时???内其单位面积辐射的总能量E为 式中? T——物体的绝对温度(K)； σ——斯忒藩-玻耳兹曼常数，σ＝5.67×10-8W/(m2·k4)； ε——比辐射率，黑体的ε＝1。;3.维恩位移定律 红外辐射的电磁波中，包含着各种波长，其峰值辐射波长λm与物体自身的绝对温度T成反比，即 λm＝2897/T （μm) ???????????????????????? (8-22) 图8-9为不同温度的光谱辐射分布曲线，图中虚线表示了由式(8-22)描述的峰值辐射波长λm与温度的关系曲线。从图中可以看到，随着温度的升高其峰值波长向短波方向移动，在温度不很高的情况下，峰值辐射波长在红外区域。; 不同温度的光谱辐射分布曲线(a)?? 温度为15～200℃；(b)温度为1000～2000K;不同温度黑体的辐射谱;光的发射与吸收本质上是电子在原子、分子能级间跃迁的结果，处在低能级的电子，吸收适当能量的光子就会跃迁到高能级。在分子中，不但要考虑电子的轨道运动能级，而且要考虑由于分子的振动和转动附加上的振动能级和转动能级 。一般情况，电子的能量应为 E＝Ee＋Ev＋Er 而能级跃迁所造成的能量变化为 ΔE =ΔEe + ΔEv +ΔEr 物质的分子要发射或吸收红外辐射，必须有合适的振动能级和转动能级，而这些能级的存在实际上是由分子结构决定的。 ;二.红外探测器 ;1.热探测器 热探测器在吸收红外辐射能后温度升高，引起某种物理性质的变化，这种变化与吸收的红外辐射能成一定的关系。常用的物理现象有温差热电现象、金属或半导体电阻阻值变化现象、热释电现象、气体压强变化现象、金属热膨胀现象、液体薄膜蒸发现象等。因此，只要检测出上述变化，即可确定被吸收的红外辐射能大小，从而得到被测非电量值。 用这些物理现象制成的热电探测器，在理论上对一切波长的红外辐射具有相同的响应。但实际上仍存在差异。其响应速度取决于热探测器的热容量和热扩散率的大小。;2.光子探测器 利用光子效应制成的红外探测器称为光子探测器。常用的光子效应有光电效应、光生伏特效应、光电磁效应、光电导效应。 热探测器与光子探测器比较：①热探测器对各种波长都能响应，光子探测器只对一段波长区间有响应；②热探测器不需要冷却，光子探测器多数需要冷却；③热探测器响应时间比光子探测器长；④热探测器性能与器件尺寸、形状、工艺等有关，光子探测器容易实现规格化。;目前,在红外成像信号检测领域,世界各国都热衷于二维混合红外焦平面阵列IR FPAs(Infrared Focal-Plane Arrays), 阵列尺寸已向1024×1024 迈进,如图1 所示。IR FPAs 可以工作在监视模式和扫描模式。随着IR 检测器技术的不断成熟，现在可以生产很大规模的检测器阵列，监视模式的IR FPAs 应用日益广泛。 ; 红外探测器的发展史;红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这种技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类： （1）辐射计，用于辐射和光谱测量； （2）有哪些信誉好的足球投注网站和跟踪系统，用于有哪些信誉好的足球投注网站和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪； （3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图象； （4）红外测距和通信系统； （5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。 ;典型的传感器系统各部分工作原理 ;三.红外辐射检测技术的应用 ;图 是输电线热接点测温仪原理图。这是一种全辐射测温仪，用热敏电阻、热电堆或热释电探测器作接收辐射的敏感元件，其工作波段为2—15μM，主要用于检测高压线接点发热温度和其他低温目标温度。该类仪器由光学系统、调制器、探测器、电子线路和机械部分组成。光学系统为组合式卡塞格沦结构。 ;带激光导向,光红外手持高温计 ;红外测温的特点有： ①测量过程不影响被测目标的温度分布， 可用于对远距离、带电、以及其他不能直 接接触的物体进行温度测量； ②响应速度快，适宜对高速运动物体进行 测量； ③灵敏度高，能分辨微小的温度