红外技术的发展

1800年,英国天文学家F.W.赫歇耳发现了红外线。红外技术在军事上的实际应用始于第二次世界大战期间。当时,德国研制和使用了一些红外技术装备,其中有红外通信设备和红外夜视仪,它们都属于主动式红外系统。战后,由于红外光子探测器和透红外光学材料的迅速发展,红外技术的应用引起军事部门的重视。此后,红外技术的发展方向集中在被动式系统上。50年代,红外点源制导系统应用于战术导弹上。60年代,红外技术的军事应用已相当广泛,如已应用于制导、火控、瞄准、侦察和监视等。60年代中期,出现了光机扫描的红外成像技术。70年代,红外成像技术获得迅速发展,热成像系统和电荷耦合器件的应用是这一时期的重要成果。80年代,红外技术进入研制镶嵌焦面阵列(CCD阵列)系统的新时期。

  
基本概念  

  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)。

  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。

  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。

  
分类

  红外系统按工作原理,可分为主动式和被动式两类。主动式系统需自带红外光源照射目标;被动式系统则直接探测目标的红外辐射。后者是占主导地位的军用红外系统,如热成像系统、搜索跟踪系统、红外辐射计和警戒系统等。按信息提供方式,可分为成像和点源系统。按工作方式,还可分为扫描和非扫描系统,扫描系统又分为光机扫描和电子扫描系统。

  组成和工作原理  

  红外系统一般由红外光学系统、红外探测器、信号放大和处理、显示记录系统等组成。其工作原理如图所示:

  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。

  红外探测器一般有光子探测器、热释电探测器、热敏探测器、电荷耦合器件和红外电真空器件等。有些探测器要在低温下工作,需采用致冷器。致冷器有辐射致冷器、热电致冷器和冷冻剂致冷器等。采用何种致冷器,需视系统结构、所用探测器类型和使用环境而定。置于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


温度计 红外线测温仪 温湿度表 风速计 照度计 紫外线强度计
可燃性气体检测仪 氧气分析仪 烟气分析仪 二氧化碳分析仪 万用表 示波器
电池测试仪 电力分析仪 电缆故障定位仪 钳表 硬度计 场强仪
高斯计 酸度计 工业工具 噪音计 亮度计 电阻测试仪
记录仪 汽车尾气分析仪(烟度计) 套装组合工具 尘埃粒子计数器
发布人:众宇旺仪器 发布时间:2009年6月24日 已被浏览 1942 次 〖 打印本文