紅外探測器工作原理

　　波長(cháng)為2.0~1000微米的部分稱(chēng)為熱紅外線(xiàn)。我們周?chē)奈矬w只有當它們的溫度高達1000℃以上時(shí)，才能夠發(fā)出可見(jiàn)光。相比之下，我們周?chē)袦囟仍诮^對零度(-273℃)以上的物體，都會(huì )不停地發(fā)出熱紅外線(xiàn)。所以，熱紅外線(xiàn)(或稱(chēng)熱輻射)是自然界中存在最為廣泛的輻射。

　　熱輻射除存在的普遍性之外，還有另外兩個(gè)重要的特性。

　　1.物體的熱輻射能量的大小，直接和物體表面的溫度相關(guān)。熱輻射的這個(gè)特點(diǎn)使人們可以利用它來(lái)對物體進(jìn)行無(wú)接觸溫度測量和熱狀態(tài)分析，從而為工業(yè)生產(chǎn)，節約能源，保護環(huán)境等等方面提供了一個(gè)重要的檢測手段和診斷工具。

　　2.大氣、煙云等吸收可見(jiàn)光和近紅外線(xiàn)，但是對3~5微米和8~14微米的熱紅外線(xiàn)卻是透明的。因此，這兩個(gè)波段被稱(chēng)為熱紅外線(xiàn)的“大氣窗口” 。利用這兩個(gè)窗口，可以使人們在完全無(wú)光的夜晚，或是在煙云密布的戰場(chǎng)，清晰地觀(guān)察到前方的情況。正是由于這個(gè)特點(diǎn)，熱紅外成像技術(shù)軍事上提供了先進(jìn)的夜視裝備并為飛機、艦艇和坦克裝上了全天候前視系統。這些系統在海灣戰爭中發(fā)揮了非常重要的作用。

　　現代的熱成像裝置工作在中紅外區域(波長(cháng)3~5um)或遠紅外區域(波長(cháng)8~12um)。通過(guò)探測物體發(fā)出的紅外輻射，熱成像儀產(chǎn)生一個(gè)實(shí)時(shí)的圖像，從而提供一種景物的熱圖像。并將不可見(jiàn)的輻射圖像轉變?yōu)槿搜劭梢?jiàn)的、清晰的圖像。熱成像儀非常靈敏，能探測到小于0.1℃的溫差。

　　工作時(shí)，熱成像儀利用光學(xué)器件將場(chǎng)景中的物體發(fā)出的紅外能量聚焦在紅外探測器 上，然后來(lái)自與每個(gè)探測器元件的紅外數據轉換成標準的視頻格式，可以在標準的視頻監視器上顯示出來(lái)，或記錄在錄像帶上。由于熱成像系統探測的是熱而不是光，所以可全天候使用;又因為它完全是被動(dòng)式的裝置，沒(méi)有光輻射或射頻能量，所以不會(huì )暴露使用者的位置。

　　紅外探測器分為兩類(lèi)：光子探測器和熱探測器。光子探測器在吸收紅外能量后，直接產(chǎn)生電效應;熱探測器在吸收紅外能量后，產(chǎn)生溫度變化，從而產(chǎn)生電效應。溫度變化引起的電效應與材料特性有關(guān)。 光子探測器非常靈敏，其靈敏度依賴(lài)于本身溫度。要保持高靈敏度，就必須將光子探測器冷卻至較低的溫度。通常采用的冷卻劑為斯太林(Stirling)或液氮。

　　紅外探測器一般沒(méi)有光子探測器那么高的靈敏度但在室溫下也有足夠好的性能，因此不需要低溫冷卻紅外熱像儀是通過(guò)非接觸探測紅外熱量，并將其轉換生成熱圖像和溫度值，進(jìn)而顯示在顯示器上，并可以對溫度值進(jìn)行計算的一種檢測設備。紅外熱像儀能夠將探測到的熱量精確量化，能夠對發(fā)熱的故障區域進(jìn)行準確識別和嚴格分析。

　　照相機成像得到照片，電視攝像機 成像得到電視圖像，都是可見(jiàn)光成像。自然界中，一切物體都可以輻射紅外線(xiàn)，因此利用探測儀測定目標的本身和背景之間的紅外線(xiàn)差并可以得到不同的紅外圖像，熱紅外線(xiàn)形成的圖像稱(chēng)為熱圖。

　　目標的熱圖像和目標的可見(jiàn)光圖像不同，它不是人眼所能看到的目標可見(jiàn)光圖像，而是目標表面溫度分布圖像，換一句話(huà)說(shuō)，紅外熱成像使人眼不能直接看到目標的表面溫度分布，變成人眼可以看到的代表目標表面溫度分布的熱圖像。