[信息与通信]第七章红外探测技术.pptVIP

第七章、红外探测技术 本章学习要求： * 中北大学机电工程学院 * 中北大学机电学院 1．理解红外辐射的基本理论 2．熟练掌握各种红外探测器工作原理 3．理解红外测温及红外成像的基本原理 探测与识别技术 第七章 红外探测技术 典型应用之一—红外测温仪 ?雷泰3I系列红外测温仪 多种温度范围、瞄准方式、光学分辨率可选，并提供光谱响应以满足工业上特殊的应用。这些型号为远距离温度高的被测目标提供最佳的性能，最高温度可以达到3000°C。 产品特点： 1M测温范围：600 ~ 3000°C 2M测温范围：200 ~ 1800°C 响应波长：1.0 微米 (1M), 1.6 微米 (2M) 发射率：0.1~1.0，数字可调 电源：四节5号碱性电池或者6-9VDC，200 mA 典型应用之二—夜视仪 产品特点： 全景视野； 照相机/视频接口； 自动亮度保护； 可更换棱镜； 内置红外发生器； 防水 双筒夜视仪 第七章 红外探测技术 具体参数如下表： 第七章 红外探测技术 7.1 红外辐射的基本理论 7.1.1 基本概念 1、红外辐射 波长在0.75~1000μm的电磁波。不同波长的红外辐射在大气中的传播特性不同。 按波长将其分为4个区： （1）近红外区： （2）中红外区： （3）远红外区： （4）极远红外区： 前三个区中，包括有 、 和 三个地球大气对红外辐射吸收较小的波段—大气窗口。 红外辐射的物理本质是热辐射。辐射的量主要由物体的温度和材料本身的性质决定。温度对热辐射起决定性作用。 辐射能密度 在通常把以电磁波形式发射、传输或接收的能量称为辐射能，用Q表示，其单位为J。辐射场中单位体积中的辐射能称为辐射能密度（J.m-3），用u表示，即： 2、基本辐射量的定义 辐射能通量 单位时间内通过某一面积的辐射能，用φ表示，单位为W，即 也可以说，辐射能通量就是通过某一面积的辐射功率P（单位时间内发射、传输或接收的辐射能）。 7.1红外辐射的基本理论 描述点辐射源发射的辐射能通量的空间分布特性。 定义为：点辐射源在某方向上单位立体角内发射的辐射能通量，称为辐射强度，用I表示，单位为W/sr（瓦.球面度-1），即 辐射强度 辐射强度对整个发射立体角的积分，就能得出辐射源发射的总辐射能通量，即 辐射强度对于各向同性的辐射源，I为常数。 注：一般来说，只要在比源本身尺度大30倍的距离上观测，则可把辐射源作为点源。 7.1红外辐射的基本理论 描述扩展源表面所发射的辐射能通量沿表面位置的分布特性。定义为：扩展源在单位面积上向半球空间发射的辐射能通量，用M表示，单位是W.m-2，即 显然，辐出度对辐射源表面的积分，就得到辐射源发射的总辐射能通量，即 7.1红外辐射的基本理论 辐亮度 辐照度 描述一个物体被辐照的情况。被照物体表面单位面积上接收到的辐射能通量，用E表示，单位是W.m-2。 一个物体向周围发射热辐射能时，同时也吸收周围物体所发射的辐射能。如几个物体处于同一温度下，各物体的发射本领正比于它的吸收本领，与物体自身的性质无关，它对于一切物体都是恒值。用公式表示： 注：辐照度可以是一个或多个辐射源投影的辐射能通量，也可来自指定方向的一个立体角中透射来的辐射能通量。 7.1红外辐射的基本理论 7.1.2 红外辐射的基本定律 1、基尔霍夫定律 Ek—物体在单位面积内和单位时间内发射出的辐射能 α—该物体对辐射的吸收系数； E0—常数（即黑体在同温度下的发射本领） 2、斯忒藩—玻尔兹曼定律 物体温度越高，它辐射出来的能量越多。若以E表示某物体在温度T时的单位时间和单位面积的红外辐射总能量，则 7.1红外辐射的基本理论 σ—斯忒藩—玻尔兹曼常数（=5.6697×10-12W.cm-2.T-4）； ξ—比辐射率；是物体表面辐射本领和黑体辐射本领的比值。 对于黑体ξ =1，对于灰体ξ 1。 T—物体绝对温度； 即一物体红外辐射的能量与它自身的绝对温度T的四次方成正比，并于它的表面比辐射率成正比。 物体温度越高，其表面所辐射的能量也越大。 热辐射发射的电磁波中包含着各种波长。从实验可知物体峰值辐射波长与物体自身绝对温度T成反比。 7.1红外辐射的基本理论 3、维恩位移