紅外熱像儀原理

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電磁波譜包括了無線電波、紅外線、紫外線以及X射線等。它們的波長不同，其中波長在400~760納米之間就是一般的可見光。

可見光由七種顏色不一的光組成，即紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫。顏色不同，波長也不同：波長最長的是紅色光，接下來是橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫。也就是說紫色光波長最短?？梢姽庾Vvisible spectrum是波段范圍在380～780nm，人的視覺可以感受的光譜。如白光經(jīng)棱鏡或光柵色散后呈紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫彩帶，即為可見連續(xù)光譜。在可見區(qū)也有線光譜及帶狀光譜?？梢姽庾V是整個(gè)電磁波譜中極小的一個(gè)區(qū)域。

紅外光譜 (Infrared Spectroscopy, IR) 的研究開始于 20 世紀(jì)初期，自 1940 年商品紅外光譜儀問世以來，紅外光譜在有機(jī)化學(xué)研究中得到廣泛的應(yīng)用。近幾十年來一些新技術(shù) （如發(fā)射光譜、光聲光譜、色——紅聯(lián)用等）的出現(xiàn)，使紅外光譜技術(shù)得到更加蓬勃的發(fā)展。

紅外光是電磁光譜的一部分。肉眼可以檢測可見光或可見輻射。但是還存在我們不可見的其他形式的光（輻射）。肉眼只能看到電磁光譜的很小一部分。光譜一端是不可見的紫外光，另一端是不可見的紅外光。紅外輻射介于電磁光譜的可見光輻射和微波輻射之間。紅外輻射源主要為熱量或熱輻射。我們周圍所有溫度在絕對零度（-273℃）以上的物體，都會不停地發(fā)出熱紅外線。所以，熱紅外線（或稱熱輻射）是自然界中存在廣泛的輻射。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． 大氣、煙云等吸收可見光和近紅外線，但是對3~6微米和8~14微米的熱紅外線卻是透明的。因此，這兩個(gè)波段被稱為熱紅外線的“大氣窗口” 。利用這兩個(gè)窗口，可以使人們在完全無光的夜晚，清晰地觀察到前方的情況。 

 2． 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對物體進(jìn)行無接觸溫度測量和熱狀態(tài)分析，從而為工業(yè)生產(chǎn)，節(jié)約能源，保護(hù)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。

紅外熱成像的理論基礎(chǔ)是斯蒂芬—波爾茲曼定律。該定律指出黑體表面單位面積所發(fā)射的各種波長的總輻射功率與其熱力學(xué)溫度的四次方成正比。即：式中，Mb為黑體表面單位面積所發(fā)射的各種波長的總輻射功率，T為其對應(yīng)的熱力學(xué)溫度，б為斯忒藩常數(shù) ：

紅外熱成像技術(shù)是在紅外波段3μm~6μm和8μm~14μm兩個(gè)大氣窗口，利用場景中物體本身的熱輻射，將熱目標(biāo)的紅外圖像轉(zhuǎn)換為可見光圖像。其轉(zhuǎn)換過程為：熱像儀對準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)其瞬時(shí)視場將物體的表面看作一個(gè)個(gè)像元，然后通過內(nèi)部機(jī)構(gòu)將含有像元溫度的輻射能量匯聚到探測器上，從而探測器的輸出電信號幅度與輸入的輻射能量大小成正比，最后經(jīng)信號處理在顯示器上顯示出對應(yīng)于物體表面溫度分布的熱像圖。在整個(gè)過程中，熱像儀陣列的每個(gè)傳感器接受對應(yīng)于目標(biāo)上的一個(gè)像元，每個(gè)像元對應(yīng)的輸入輻射在焦平面上成像，隨后通過置于焦平面的光電或是熱電系統(tǒng)將每個(gè)像元含有的輻射能轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過后置電路的放大及去噪顯示在顯示器上。

          圖2 紅外成像過程圖解

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