《红外技术论》word版

1、.红外技术班级：通信111501姓名：郭晓茹 韦晓璐 宋梦洒 伍琴 刘瑶日期：2014年9月15日 ;红外技术一、红外线概述1672年，牛顿使用分光棱镜把太阳光（白光）分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色单色光，证实了太阳光（白光）是由各种颜色的光复合而成。1800年，英国物理学家F. W. 赫歇尔从热的观点来研究各种色光时，偶然发现放在光带红光外的一支温度计，比其他色光温度的指示数值高。经过反复试验，这个所谓热量最多的高温区，总是位于光带最边缘处红光的外面。于是他宣布:太阳发出的辐射中除可见光线外，还有一种人眼看不见的“热线”，这种看不见的“热线”位于红色光外侧，叫做红外线。二、红外发展史

2、红外技术发展的先导是红外探测器的发展。1800年，F·W·赫歇尔发现红外辐射时使用的是水银温度计，这是最原始的热敏型红外探测器。1830年以后，相继研制出温差电偶的热敏探测器、测辐射热计等。在1940年以前，研制成的红外探测器主要是热敏型探测器。19世纪，科学家们使用热敏型红外探测器，认识了红外辐射的特性及其规律，证明了红外线与可见光具有相同的物理性质，遵守相同的规律。它们都是电磁波之一，具有波动性，其传播速度都是光速、波长是它们的特征参数并可以测量。20世纪初开始，测量了大量的有机物质和无机物质的吸收、发射和反射光谱，证明了红外技术在物质分析中的价值。30年代，首次出现红

3、外光谱代，以后，它发展成在物质分析中不可缺少的仪器。40年代初，光电型红外探测器问世，以硫化铅红外探测器为代表的这类探测器，其性能优良、结构牢靠。50年代，半导体物理学的迅速发展，使光电型红外探测器得到新的推动。到60年初期，对于13、35和813微米三个重要的大气窗口都有了性能优良的红外探测器。在同一时期内，固体物理、光学、电子学、精密机械和微型致冷器等方面的发展，使红外技术在军、民两用方面都得到了广泛的应用。60年代中叶起，红外探测器和系统的发展体现了红外技术的现状及发展方向。1.在114微米范围内的探测器已从单元发展到多元，从多元发展到焦平面阵列。2.红外探测器的工作波段从近红外扩展到远

4、红外。3.轻小型化。非致冷、集成式、大面阵红外探测器方向发展。4.红外探测系统从单波段向多波段发展。60年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展，很多重要的激光器件都在红外波段，其相干性便于移用电子技术中的外差接收技术，使雷达和通信都可以在红外波段实现，并可获得更高的分辨率和更大的信息容量。由于这类应用的需要，促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式，推动红外技术向更先进的方向发展。三、红外基本特征1.红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波，具有与无线电波及可见光一样的本质，波长在770纳米至1毫米之间，在光谱上位于红色光外侧。2.所有高于绝对零度（-273.15）的物质都可以产生红外线。现代

5、物理学称之为热射线。3.穿透云雾能力比可见光强（1）利用红外线观测低空水蒸气含量进行天气预报；（2）晴天利用红外线观测大气CO含量，估计温室效应；（3）晴天利用红外线观测大气污染的情况。（4）红外线具有很强热效应，并易于被物体吸收，通常被作为热源。俗称红外光红外线划分红外线可分为：近红外线（7002000nm）、中红外线（30005000nm）、远红外线（800014000nm）。红外线还有一些与可见光不一样的独有特性:1.红外线对人的眼睛不敏感，所以必须用对红外线敏感的红外探测器才能接收到。2.红外线的热效应比可见光要强得多。3.红外线的光量子能量比可见光的小，例如10m波长的红外光子的能量

6、大约是可见光光子能量的1/20。4.红外线更易被物质所吸收，但对于薄雾来说，长波红外线更容易通过。四、红外技术的应用1、红外光谱仪红外光谱仪是利用物质对不同波长的红外辐射的吸收特性，进行分子结构和化学组成分析的仪器。两种类型 色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）傅立叶变换红外光谱仪目前广泛使用，下面对其进行详细说明红外光谱仪原理图傅立叶变换红外光谱仪被称为第三代红外光谱仪，利用麦克尔逊干涉仪将两束光程差按一定速度变化的复色红外光相互干涉，形成干涉光，再与样品作用。探测器将得到的干涉信号送入到计算机进行傅立叶变化的数学处理，把干涉图还原成光谱图。红外光谱仪特点1.只需三个分束器即可覆盖从紫外到

7、远红外的区段。2.专利干涉仪，连续动态调整，稳定性极高。3.可实现LC/FTIR、TGA/FTIR、GC/FTIR等技术联用。4.智能附件即插即用，自动识别，仪器参数自动调整。5.光学台一体化设计，主部件对针定位，无需调整。红外光谱仪应用领域1.进行化合物的鉴定 进行未知化合物的结构分析。2.进行化合物的定量分析 进行化学反应动力学、晶变、相变、材料拉伸与结构的瞬变关系研究。3.工业流程与大气污染的连续检测，在煤炭行业对游离二氧化硅的监测。4.卫生检疫，制药，食品，环保，公安，石油， 化工，光学镀膜，光通信，材料科学等诸多领域珠宝行业的检测。5.水晶石英羟基的测量 聚合物的成分分析 药物分析。

8、2、红外测温仪 红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。 其测温原理是将物体（如钢水）发射的红外线具有的辐射能转变成电信号，红外线辐射能的大小与物体（如钢水）本身的温度相对应，根据转变成电信号大小，可以确定物体（如钢水）的温度。红外测温仪分类人用红外线测温仪红外线人体体温监测仪适用于人流量大的公共场合快速监测人体体表温度的专业仪器。具有非接触式测温、准确度高、测量速度快、超温语音报警等优点。 出入境口岸、港口、机场、码头、车站、机关、学校、影剧院等场合。工业红外测温仪 工业红外测温仪测量物体的表面温度，其光传感器辐射、反射并传输能量，然后能量由探头进行收集、

9、聚焦，再由其它的电路将信息转化为读数显示在机上，本机配备的激光灯更有效对准被测物及提高物体精度。检测、火检、船舶、喷漆、墨水、石油化工、机械制造业等各种工业物体领域应用 。双色红外测温双色红外测温仪即测量物体在两个不同光谱范围内发出的红外辐射亮度并由这两个辐射亮度之比推断物体的温度，称为双色测温仪。 双色红外测温仪应用领域很广，特别是在钢铁工业、金属热处理、金属加工和铸造等方面。选择红外测温仪（1）性能指标方面，如温度范围、光斑尺寸、工作波长、测量精度、窗口、显示和输出、响应时间、保护附件等；（2）环境和工作条件方面，如环境温度、窗口、显示和输出、保护附件等；（3）其他选择方面，如使用方便、维

10、修和校准性能以及价格等，也对测温仪的选择产生一定的影响。在选择测温仪型号时应首先确定测量要求，如被测目标温度，被测目标大小，测量距离，被测目标材料，目标所处环境，响应速度，测量精度，用便携式还是在线式等等；1、确定测温范围确定测温范围：测温范围是测温仪最重要的一个性能指标。有些测温仪产品量程可达到为-50- +3000，但这不能由一种型号的红外测温仪来完成。每种型号的测温仪都有自己特定的测温范围。因此，用户的被测温度范围一定要考虑准确、周全，既不要过窄，也不要过宽。2、确定目标尺寸红外测温仪根据原理可分为单色测温仪和双色测温仪（辐射比色测温仪）。对于单色测温仪，在进行测温时，被测目标面积 应充

11、满测温仪视场。建议被测目标尺寸超过视场大小的50%为好。如果目标尺寸小于视场，背景辐射能量就会进入测温仪的视声符支干扰测温读数，造成误差。相 反，如果目标大于测温仪的视场，测温仪就不会受到测量区域外面的背景影响。3、确定距离系数（光学分辨率）距离系数由D：S之比确定，即测温仪探头到目标之间的距离D与被测目标直径之比。如果测温仪由于环境条件限制必须安装在远离目标之处，而又要测量小的目标，就应选择高光学分辨率的测温仪。光学分辨率越高，即增大D：S比值，测温仪的成本也越高。4、确定波长范围目标材料的发射率和表面特性决定测温仪的光谱相应波长对于高反射率合金材料，有低的或变化的发射率。在高温区，测量 金

12、属材料的最佳波长是近红外，可选用0.81.0m。其他温区可选用1.6m,2.2m和3.9m。由于有些材料在一定波长上是透明的，红外能 量会穿透这些材料，对这种材料应选择特殊的波长。5、确定响应时间响应时间表示红外测温仪对被测温度变化的反应速度，定义为到达最后读数的95%能量所需要时间，它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。6、环境条件考虑测温仪所处的环境条件对测量结果有很大影响，应予考虑并适当解决，否则会影响测温精度甚至引起损坏。当环境温度高，存在灰尘、烟雾和蒸汽的条件下，可选用厂商提供的保护套、水冷却、空气冷却系统、空气吹扫器等附件。3、红外热像仪应用范围：红外热像仪行业是一

13、个发展前景非常广阔的新兴高科技产业，也是红外应用产品中市场份额最大的一块，在军民两个领域都有广泛的应用。红外热像仪在现代战争条件下的卫星、导弹、飞机等军事武器上获得了广泛的应用。同时，随着非制冷红外热成像技术的生产成本大幅度降低，该产品的应用已延伸到了电力、消防、工业、医疗、安防等国民经济各个部门。红外线治疗的机理红外线治疗的基础是温热效应。在红外线照射下，组织温度升高，毛细血管扩张，血流加快，物质代谢增强，组织细胞活力及再生能力提高 ，具体来说对人体有以下作用：（1）、激活生物大分子的活性。在红外光子，特别是2-6微米红外光子的作用下，使生物体的分子能级被激发而处于较高振动能级，这便激活了核

14、酸蛋白质等生物大分子的活性，从而发挥了生物大分子调节机体代谢、免疫等活动的功能，有利于机体机能的恢复和平衡，达到防病、治病的目的。（2）令水分子活化，提高身体的含氧量。远红外线能使水分子产生共振，变成独立水分子，提高身体的含氧量，细胞因而能恢复活力，提高抗病能力，延缓衰老。（3）促进和改善局部和全身的血液循环。红外作用于皮肤后，大部分能量被皮肤所吸收，被吸收的能量转化为热能，引起皮温升高，刺激皮肤内热感受器，使血管平滑肌松驰，血管扩张，血液循环加强。另一方面，由于热作用，引起血管活性物质的释放，血管张力降低，浅小动脉、浅毛细管和浅静脉扩张，血液循环加快，血液循环得以改善。（4）增强新陈代谢。如

15、果人体的新陈代谢发生了紊乱，引起体内外物质的交换失常，那么，各种疾病将会不约而至，给人体造成极大的麻烦。通过红外的热效应，可以增强细胞的活力，调整神经体液机制，加强新陈代谢，使体内外的物质交换处于平稳状态。（5）提高免疫功能。经临床观察，红外确有提高机体的巨噬细胞吞噬功能，增强人体的细胞免疫和体液免疫功能，有利于人体的健康。（6）具有消炎、消肿作用。红外线治疗慢性炎症时，改善血液循环，增加细胞的吞噬功能，消除肿胀，促进炎症消散。红外线可降低神经系统的兴奋性，有镇痛、解除横纹肌和平滑肌痉挛以及促进神经功能恢复等作用。在治疗慢性感染性伤口和慢性溃疡时，改善组织营养，消除肉芽水肿，促进肉芽生长，加快

16、伤口愈合。（7）镇痛作用。红外的热效应，降低了神经末梢的兴奋性；血液循环的改善，水肿的消退，减轻了神经末梢的化学和机械刺激；红外的热作用，提高了痛阈，以上种种原因，均起到缓解疼痛的作用。医学红外热像仪成像原理 医用红外热像仪由红外摄像头、工作台车、内部黑体源、数据处理及控制电路、系统分析软件，计算机主机及显示器打印机等几部分组成其壁本结构。系统组成如图所示。自然界中凡是温度高于绝对零度(即-273)的任何物体都能产生红外辐射，皆可视为红外辐射源，人体也是一个红外辐射源，其辐射的峰值波长为9348 m，具有很高的辐射本领。医学应用中，红外热成像技术通过光学电子系统将人体辐射的远红外光波经滤波聚集

17、、调制及光电转换，变为电信号，并转换为数字量，经多媒体图像处理技术，以伪彩色热图形式显示人体的温度场。红外热像仪能被动接收人体的红外辐射，并把这种辐射信息转换成人眼能观察到的红外热图像。 在医学上的应用热像仪的以不同颜色代表体温分布状态的多元化信息的红外图，通过采集人体温度变化的信息和对热圈的分析，便可提前发现病变，对人体健康有预警作用对疾病的诊断有重要的早期提示作用。医用热像仪技术用于临床诊断已有几十年的历史，现已可用于多种疾病的诊断。医用热像仪已成为诊断浅表肿瘤、血管疾病和皮肤病症等的有效工具，在医疗学科研究中，热像仪在医学中的应用已成为一个专门的研究课题。下面将热像仪在医学上的应用： 1

18、.乳腺瘤的早期诊断2.血管疾病的诊断3.皮肤损伤病症的诊断如对于皮肤的诊断：用热像仪很容易查出皮肤冻伤面积，其准确性接近100%。因为冻伤部位坏死，无血供应，其温度比周围皮肤明显低。此外，皮肤烧伤的热像诊断也很有前途。热像仪不但可准确诊断烧伤面积内血管损坏的程度，判定烧伤度数，识别可存活皮肤面积、确定需植皮的面积，而且在治疗过程中可观察烧伤组织血运恢复情况，掌握发炎和感染情况及判断植皮的成败与否，以便及时采取措施，为用药及手术提供参考。红外技术在医疗监护上的应用 在医院中，为使患者得到更好的照料和医学观察研究之用，监护系统是必可少的。现在大部分医院所用监护系统为电视系统和微光监护系统，它们对光

19、线的要求较高，而基于红外热成像技术的医疗监护系统就不存在这一问题。红外监护系统设计分成两部分：一部分置于患者病房内，以获取患者信息，称之为前端；另一部分置于监控室内，负责将患者信息提供给监护人员，称之为后端；二者之间可根据情况进行有线、无线或红外视频传输。 由于红外监护系统接收的是患者身体发出的红外信号，所以无论可见光的强、弱、有、无，系统都不受任何影响，能够全天候地正常工作。特别是在夜间实施监护时，不需要进行额外的处理，不会对患者的休息造成不良影响。4、红外通讯技术红外通讯技术利用红外线来传递数据，是无线通讯技术的一种。红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。它一般由红外

20、发射和接收系统两部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。特点: 1.保密性强，息容量大，结构简单，既可以是室内使用，也可以在野外使用.2.红外线的传输距离为1100CM，传输方向的定向角30度，点对点直线数据 传输。3.红外线方式不受无线电干扰。IRDA标准IrDA1.0，又称为SIR(Serial InfraRed)，它是基于HP开发出来的一种异步的、半双工的红外通信方式。IrDA1.0的最高通讯速率只有115.2Kbps，适应于串行端口的速率。IrDA1.1标准，即Fast InfraRed，简称为FIR。FIR采用了全新的4PPM调制解调技术，其最高通讯速率达到4Mbps。继IRDA1.1之后，IRDA又发布了通讯速率高达16Mbps的VFIR技术(Very Fast InfraRed)。不断提高的速率使红外线使它在短距无线通信领域占有一席之地，而不仅是数据线缆