传感与测试技术-红外测试系统

1、第八节第八节 红外测试系统红外测试系统红外辐射红外辐射 任何物体，当温度高于绝对零度时都会向外任何物体，当温度高于绝对零度时都会向外辐射电磁波，温度越高，辐射的能量越大辐射电磁波，温度越高，辐射的能量越大 红外线的波长大致在红外线的波长大致在0.76-1000m的范围内的范围内 红外辐射在介质中传播时，会产生衰减。红外辐射在介质中传播时，会产生衰减。 低温或常温状态的物体都会产生红外辐射。低温或常温状态的物体都会产生红外辐射。红外辐射红外辐射斯蒂芬玻尔兹曼定律斯蒂芬玻尔兹曼定律 描述物体的温度与辐射功率的关系描述物体的温度与辐射功率的关系热力学温度数斯蒂芬玻尔兹曼常射度、黑体辐射度）比辐射率（

2、非黑体的辐单位面积的辐射功率tm4tm 红外探测器红外探测器热探测器热探测器光子探测器光子探测器红外探测器红外探测器热探测器：利用红外辐射引起探测元件热探测器：利用红外辐射引起探测元件温度的变化，进而测定所吸收的红外辐温度的变化，进而测定所吸收的红外辐射量。射量。 热电偶型：将测温结点涂上黑层置于辐射中，热电偶型：将测温结点涂上黑层置于辐射中，根据产生的热电动势来测量入射辐射功率的根据产生的热电动势来测量入射辐射功率的大小。大小。 气动型：利用气体吸收红外辐射后，温度升高、气动型：利用气体吸收红外辐射后，温度升高、体积增大的特性来反映红外辐射的强弱体积增大的特性来反映红外辐射的强弱11热探测器

3、热探测器热释电型基于热释电效应热释电型基于热释电效应热释电效应：某些物体（铌酸锶钡、硫酸热释电效应：某些物体（铌酸锶钡、硫酸三甘钛等）在适当电场作用下发生极化，三甘钛等）在适当电场作用下发生极化，表面产生电荷，但在红外辐射下，温度升表面产生电荷，但在红外辐射下，温度升高极化强度下降，表面电荷减小，相当于高极化强度下降，表面电荷减小，相当于释放一部分电荷的现象释放一部分电荷的现象光子探测器光子探测器基于半导体材料的光电效应基于半导体材料的光电效应仅对足够能量的光子有响应仅对足够能量的光子有响应通常在低温条件下工作，需要制冷设备通常在低温条件下工作，需要制冷设备红外测试系统红外测试系统辐射温度计辐

4、射温度计人体红外测温仪人体红外测温仪 人体红外测温仪的测温人体红外测温仪的测温原理是将物体发射的红原理是将物体发射的红外线具有的辐射能转变外线具有的辐射能转变成电信号，红外线辐射成电信号，红外线辐射能的大小与物体本身的能的大小与物体本身的温度相对应，根据转变温度相对应，根据转变成电信号大小，可以确成电信号大小，可以确定物体、的温度。红外定物体、的温度。红外测温仪由光学系统、光测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出及信号处理、显示输出等部分组成。等部分组成。红外热像仪红外热像仪作用：将人的肉眼看不到的红外热图转作用：将人的肉眼看不到的红外热图转换成可见光

5、进行处理和显示，此技术称换成可见光进行处理和显示，此技术称为红外热成像技术为红外热成像技术分类：分类： 主动式采用红外辐射源照射被测物，然后主动式采用红外辐射源照射被测物，然后接收被测物反射的红外辐射图像接收被测物反射的红外辐射图像 被动式利用被测物体自身的红外辐射来摄被动式利用被测物体自身的红外辐射来摄取物体的热辐射图像（红外热像仪）取物体的热辐射图像（红外热像仪）第九节第九节 激光测试传感器激光测试传感器激光的特性激光的特性 方向性强：激光光束的发散角很小，在几公方向性强：激光光束的发散角很小，在几公里之外的的光斑直径可以小于几厘米。里之外的的光斑直径可以小于几厘米。 单色性好：激光的频率

6、宽度很窄，是最好的单色性好：激光的频率宽度很窄，是最好的单色光。单色光。 相干性好：激光的时间相干性和空间相干性相干性好：激光的时间相干性和空间相干性都很好。所谓相干性好就是指两束光在相遇都很好。所谓相干性好就是指两束光在相遇区域内相互叠加后，能形成较清晰的干涉图区域内相互叠加后，能形成较清晰的干涉图样。样。激光干涉式测量仪器激光干涉式测量仪器激光测长仪激光测长仪激光陀螺仪激光陀螺仪 激光陀螺仪由一个环型激激光陀螺仪由一个环型激光器构成。当陀螺以角频光器构成。当陀螺以角频率率旋转时，两束光将会旋转时，两束光将会产生多普勒频差，在接收产生多普勒频差，在接收器中出现差拍信号。多普器中出现差拍信号。

7、多普勒频差大小为：勒频差大小为： s 环形面积；环形面积； l 环路总长度：环路总长度： 激光波长。激光波长。 接收器激光器激光陀螺示意图1r2r3rdlsf4激光制导航弹及引导头原理激光制导航弹及引导头原理 利用激光获得制导信息或传输制导指令使导弹按一定导利用激光获得制导信息或传输制导指令使导弹按一定导引规律飞向目标的制导方法。引规律飞向目标的制导方法。 激光束炸弹目标散射光目标激光制导航弹及引导头示意图24四棱锥只光电管4滤波片透镜组2413激光全息测量仪器激光全息测量仪器全息成像原理全息成像原理 普通成像原理：普通照相只记录物光的振幅普通成像原理：普通照相只记录物光的振幅信息，因此，所成

8、的是物体的平面图象。信息，因此，所成的是物体的平面图象。被摄物被摄物照相机照相机照片照片全息成像全息成像物体任一点发出的光，其波动方程为物体任一点发出的光，其波动方程为只有既记录物光的振幅信息（亮暗分只有既记录物光的振幅信息（亮暗分布），又记录物光的位相信息（前后差布），又记录物光的位相信息（前后差异）的照相，才有可能得到物体的立体异）的照相，才有可能得到物体的立体图象。图象。振幅振幅位相位相+ += =物光信息物光信息ee cost 02()全息成像全息成像 物体发出的光物体发出的光 o 与参考光束与参考光束 r，在记录干板处干涉，干，在记录干板处干涉，干板仅能记录所形成的条纹，而不是物体的

9、像。因此，全板仅能记录所形成的条纹，而不是物体的像。因此，全息图如上图所示，仅为一组干涉条纹。息图如上图所示，仅为一组干涉条纹。物物参考光束参考光束r r物光束物光束o o记记录录干干板板全全息息图图全息照相的特点全息照相的特点 全息照片所再现的物体是逼全息照片所再现的物体是逼真的三维立体图象。真的三维立体图象。 全息照片具有可分割特性。全息照片具有可分割特性。 全息照片再现出的物像亮度全息照片再现出的物像亮度可调。可调。 同一张全息感光板可进行多同一张全息感光板可进行多次重复曝光记录。次重复曝光记录。 全息照片的再现物像可放大全息照片的再现物像可放大或缩小。或缩小。第十节第十节 传感器选用原

10、则传感器选用原则 灵敏度灵敏度一般说来，传感器灵敏度越高越好，但在确定一般说来，传感器灵敏度越高越好，但在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。灵敏度时，要考虑以下几个问题。 灵敏度过高引起的干扰问题；灵敏度过高引起的干扰问题； 量程范围；量程范围； 交叉灵敏度问题。交叉灵敏度问题。响应特性响应特性 在所测频率范围内，保持不失真的测量条件；在所测频率范围内，保持不失真的测量条件； 延迟的时间越短越好；延迟的时间越短越好； 动态测量时要充分考虑被测物理量的变化特动态测量时要充分考虑被测物理量的变化特点（稳态、瞬变、随机等）点（稳态、瞬变、随机等）线性范围线性范围 任何传感器都有一定线性工作范围。在任

11、何传感器都有一定线性工作范围。在线性范围内输出与输入成比例关系，线线性范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保愈大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。证测量精度的基本条件。 可靠性可靠性 可靠性是仪器、装置等产品在规定的条可靠性是仪器、装置等产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定功能的件下、在规定的时间内完成规定功能的能力能力为保证可靠性应事前选用合适的传感器为保证可靠性应事前选用合适的传感器并且使用中保证使用条件并且使用中保证使用条件 精确度：传感器的精确度是表示传感器的输出精确度：传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量真值的一致程度。与被测量真值的一致程度。 要兼顾精确度与经要兼顾精确度与经济性