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红外辐射探测器

2017-12-27 11:58:25 3716 探测器

0 １．红外辐射原理红外光和可见光一样，也是一种电磁波，具有反射，折射、散射、干涉等性质，在真空中的传播速度为３×１０８ｍ／ｓ，所不同的只是波长不同。红外光的波长范围为０．７６～１０００μｍ，最小波长比可见红光波长长０．７μｍ。由于它在可见红光之外，因此得名红外光。红外光有以下几个重要特点：（１）红外光是看不见的辐射光。自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对零度（－２７３．１６℃）都有红外辐射。物体的温度越高，红外辐射出来的能量越强。红外测温就是利用这种性能对物体测温的。（２）当物体辐射时，辐射波的波长范围很宽，但是热效应主要集中在红外光范围内，红外光有高的热效应是它的特点，因此红外常和热辐射概念连在一起。热体的辐射规律是设计各种红外探测器的基础，下面介绍三个重要热辐射基本定律普朗克定律：单位面积物体在半球面方向发射的光谱辐射功率Ｗ（λＴ）是波长λ和物体温度Ｔ的函数，其表达式如下：式中Ｗ（λＴ）——— 单位面积上物体发射的辐射功率，或称为光谱辐射通量密度；　　 λ——— 波长；　　 ε——— 比辐射率；Ｔ——— 物体表面的绝对温度；ｃ１，ｃ２ ——— 第一、第二辐射常数图４．２６为光谱辐射通量密度曲线，从曲线可看到以下几个特性：① 光谱辐射通量密度不仅与绝对温度有关，还和波长λ有关。在同一温度下，Ｗ（λＴ）对于波长λ有一个峰值。 ② 当幅射体温度升高时，光谱辐射通量密度Ｗ（λＴ）迅速增大，且曲线峰值向波长短的方向移动。斯忒藩玻耳兹曼定律：此定律又称全辐射发射定律。它表示绝对温度为Ｔ的物体，每单位面积上全部波长辐射的总功率Ｗ与绝对温度Ｔ的四次方成正比，即式中Ｗ ——— 辐射总功率； λ ——— 斯忒藩玻耳兹曼常数；Ｔ ——— 物体的绝对温度； ε ——— 比辐射率。维恩位移定律：从图４．２６可见，在任一温度下，光谱辐射通量密度曲线有一个最大值，此最大值所对应的波长称为峰值波长λｍ，它与对应温度Ｔ的乘积为常数。即式（４．３６）即为维恩位移定律，由该定律可知，只要测定峰值λｍ，就能得知物体的温度T。２．红外辐射探测器的构成红外辐射探测器主要由光学系统和红外接收器两部分组成，如图４．２７所示。（１）光学系统主要用来产生某一波段范围内的红外光。光学系统由光源和透镜组成，不同的光源，辐射能力不同。选择不同的辐射光源，能得到不同情况的辐射密度。（２）根据材料的不同，透镜有选择性的让某一定波段范围内的红外光透过，而吸收其他波段范围内的红外光。二者结合起来，就能使光学系统产生某一波段范围内的红外光，一般光学玻璃和石英材料允许０．７５～３μｍ的红外光透过；氟化镁、氧化镁等热压光学材料，则允许３～５μｍ的红外光通过；５～１４μｍ的红外光容易穿透锗、硅、热压硫化锌等光学材料。这些材料给确定λｍ提供了方便，为利用不同的辐射光构成各种红外辐射器打下了物质基础。（３）红外接受器主要有两种形式：① 热敏类。利用热敏电阻接受红外辐射。由热效应引起电阻变化，使红外辐射能量转变为电信号。② 光电类。利用光电元件接受红外辐射产生光电效应，从而使红外辐射能量转变为电信号。光电效应比热效应的过程快的多，因光电传感器的响应时间比热敏传感器要短的多。热敏类对任何波长的辐射能量都能全部吸收，而光电类有波长限制。根据辐射的三条基本定律和各种不同的测量对象，可选取不同的光学系统和红外接受器，并可根据具体情况，构成各种不同的红外光学测温传感器系统。购线网 gooxian.com专业定制各类测试线（同轴线、香蕉头测试线，低噪线等） 1
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